JP5631774B2 - Optical transmission module - Google Patents
Optical transmission module Download PDFInfo
- Publication number
- JP5631774B2 JP5631774B2 JP2011036139A JP2011036139A JP5631774B2 JP 5631774 B2 JP5631774 B2 JP 5631774B2 JP 2011036139 A JP2011036139 A JP 2011036139A JP 2011036139 A JP2011036139 A JP 2011036139A JP 5631774 B2 JP5631774 B2 JP 5631774B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- package
- transmission module
- optical transmission
- fpc board
- signal line
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
本発明はTO-CANパッケージとFPC基板を用いた光送信モジュールに関する。 The present invention relates to an optical transmission module using a TO-CAN package and an FPC board.
近年のインターネットによる情報通信量の増大に伴い、それを支えるフォトニックネットワークシステムの大容量化が要求されている。データセンターでは、基幹系から伝送されてくる40Gb/s信号を、そのままの速度で処理する需要が今後増大すると考えられている。この需要を満たすために、直接変調レーザ(DML: directly modulated laser)が、40Gb/s光半導体光源として期待されている。なぜならDMLは電界吸収型変調器集積DFBレーザ(Electroabsorption Modulator Integrated DFB Laser, EA-DFBレーザ)やLiNbO3(LN)変調器に比べ小型であり、かつ作製が容易であることから小型化・低コスト化に適していると考えられているからである。従来40Gb/s光半導体光源はルータ間のインターコネクト用途として、伝送距離2km(VSR: very-short-reach)用途でXLMD-MSA(非特許文献1)に実装した形態で実用化されてきた。実際、DMLを用いた40Gb/s動作の報告もされている(非特許文献2,3)。これらの形態においては、光トランシーバから送られてくる電気信号を高価な高周波コネクタやケーブルを用いて光送信モジュールまで伝送しており、小型化・低コスト化に課題があった。急速に高まるデータセンターでの需要を考えると、より小型・低コストの40Gb/sDMLモジュールの実現が求められている。 As the amount of information communication over the Internet increases in recent years, it is required to increase the capacity of the photonic network system that supports it. In the data center, it is considered that demand for processing 40Gb / s signals transmitted from the backbone system at the same speed will increase in the future. In order to meet this demand, a directly modulated laser (DML) is expected as a 40 Gb / s optical semiconductor light source. Because DML is smaller than Electroabsorption Modulator Integrated DFB Laser (EA-DFB Laser) and LiNbO 3 (LN) modulator and is easy to manufacture, it is small and low cost. It is because it is thought that it is suitable for conversion. Conventionally, a 40 Gb / s optical semiconductor light source has been put to practical use in a form of being mounted on XLMD-MSA (Non-patent Document 1) for a transmission distance of 2 km (VSR) for interconnecting routers. In fact, 40Gb / s operation using DML has also been reported (Non-Patent Documents 2 and 3). In these forms, the electrical signal sent from the optical transceiver is transmitted to the optical transmission module using an expensive high-frequency connector or cable, and there is a problem in miniaturization and cost reduction. Considering the rapidly increasing demand in data centers, there is a demand for the realization of a smaller and lower cost 40Gb / s DML module.
そこで我々は、Transistor-Outline(TO)-CANパッケージとフレキシブル電気回路(FPC: Flexible printed circuit)基板を用いてDMLの40Gb/s動作実現を目指した。 Therefore, we aimed to realize DML 40Gb / s operation using a Transistor-Outline (TO) -CAN package and a flexible printed circuit (FPC) board.
図面に基づき、40Gb/s動作可能な光送信モジュールについて更に説明する。図32(a)に示すように、従来は、高周波電気信号である40Gb/sの電気信号が、光トランシーバの電気回路(PCB: Printed circuit board)1などから、高価かつ寸法の固定された高周波ケーブル2及び高周波コネクタ3を介して、積層セラミックのパッケージ5を用いて作製された光送信モジュール6まで伝送される構成となっていた。このような構成の光送信モジュール6では主に次の2つの問題があった。
(1) 高周波電気信号の伝送に高周波コネクタ3及び高周波ケーブル2を用いているため、光送信モジュール6の小型化・低コスト化が難しい(高周波コネクタ3の大きさで小型化が制限される)。
(2) 積層セラミックパッケージ5が高コストであり、このことからも光送信モジュール6の低コスト化が難しい。
Based on the drawings, the optical transmission module capable of 40 Gb / s operation will be further described. As shown in FIG. 32A, conventionally, a 40 Gb / s electric signal, which is a high-frequency electric signal, is supplied from an optical circuit 1 (PCB: Printed circuit board) 1 of an optical transceiver, etc. The configuration is such that the optical transmission module 6 manufactured using the multilayer ceramic package 5 is transmitted through the cable 2 and the high-frequency connector 3. The optical transmission module 6 having such a configuration has the following two problems.
(1) Since the high-frequency connector 3 and the high-frequency cable 2 are used to transmit a high-frequency electrical signal, it is difficult to reduce the size and cost of the optical transmission module 6 (the size of the high-frequency connector 3 limits the size reduction). .
(2) The monolithic ceramic package 5 is expensive, and this also makes it difficult to reduce the cost of the optical transmission module 6.
従来技術では、40Gb/sという高速な電気信号に対して低透過損失・低反射損失を実現するためのこれ以外の小型で低コストな光送信モジュールを提案することができなかったことが課題であった。 The problem with the prior art was that it was not possible to propose a small, low-cost optical transmission module other than this to achieve low transmission loss and low reflection loss for high-speed electrical signals of 40 Gb / s. there were.
従って、本発明においては、従来の40Gb/s光送信モジュール6からの大幅な小型化・低コスト化を実現することを目的とした。その基本構成を図32(b)に示す。 Accordingly, an object of the present invention is to realize a significant reduction in size and cost from the conventional 40 Gb / s optical transmission module 6. The basic configuration is shown in FIG.
図32(b)に示すように、本発明の光送信モジュール11は、上記従来技術の(1)の問題に対してはFPC基板12を用いており、このFPC基板12を介してPCB1などから光送信モジュール11まで電気信号を伝送する構成とした。一般に高周波コネクタ3を用いる場合には、商用化されたGPPO(登録商標)やK connector(登録商標)を用いることになる。これらは大きさが固定されていて、コストも高い。それに対しFPC基板12を用いた場合には、自由に設計することができるために大幅に光送信モジュール11の小型化が可能である。そして、FPC基板12の材料費と加工費のみでFPC基板12のコストが決まるため、高周波コネクタ3を用いる場合に比べて、光送信モジュール11の大幅なコスト削減が可能である。 As shown in FIG. 32 (b), the optical transmission module 11 of the present invention uses the FPC board 12 for the problem (1) of the prior art, and from the PCB 1 or the like through the FPC board 12. The electrical signal is transmitted to the optical transmission module 11. In general, when the high frequency connector 3 is used, a commercially available GPPO (registered trademark) or K connector (registered trademark) is used. These are fixed in size and costly. On the other hand, when the FPC board 12 is used, the optical transmission module 11 can be greatly downsized because it can be designed freely. Since the cost of the FPC board 12 is determined only by the material cost and processing cost of the FPC board 12, the cost of the optical transmission module 11 can be greatly reduced as compared with the case where the high frequency connector 3 is used.
また、本発明の光送信モジュール11は、上記従来技術の(2)の問題に対してはTO-CANパッケージ13を用いた。TO-CANパッケージ13が積層セラミックパッケージ5に比べてコストを大幅に抑えられる理由は、TO-CANパッケージ13はプレス加工のみで作製することが可能であるため作製費を大幅に抑えられるからである。 Further, the optical transmission module 11 of the present invention uses the TO-CAN package 13 for the problem (2) of the prior art. The reason why the cost of the TO-CAN package 13 can be greatly reduced as compared with the multilayer ceramic package 5 is that the TO-CAN package 13 can be manufactured only by pressing, so that the manufacturing cost can be significantly reduced. .
次に、TO-CANパッケージ13とFPC基板12を用いた構成に着目して説明する。今までにこの構成で40Gb/s動作を実現する従来技術は無い。図33に10Gb/sや25Gb/s動作を実現した報告における光送信モジュールの構成を示す。図33(a)は従来の10Gb/s動作までの報告であり、図33(b)は従来の25Gb/s動作までの報告である。 Next, a description will be given focusing on the configuration using the TO-CAN package 13 and the FPC board 12. To date, there is no conventional technology that can achieve 40 Gb / s operation with this configuration. FIG. 33 shows the configuration of the optical transmission module in a report realizing 10 Gb / s or 25 Gb / s operation. FIG. 33A shows a report up to the conventional 10 Gb / s operation, and FIG. 33B shows a report up to the conventional 25 Gb / s operation.
図33(a)に示すように、10Gb/s動作の光送信モジュールでは、FPC基板12を90度曲げてTO-CANパッケージ13の同軸ピン22とつないでいる。この構成では高周波の電気信号(RF信号)は同軸ピン22とFPC基板12の接続部で90度回転され、同軸ピン22に伝送される。そのため、この接続部分でのRF信号の曲げ損失が問題になる。
更に、同軸ピン22の空気にむき出しになっている部分(空気ギャップの部分)に起因して、同軸ピン22の特性インピーダンスが設計値からずれ、伝送損失・反射損失を誘発する。図34に示されているように同軸ピン22は、その周囲をガラス24や空気など絶縁体で埋められている。この同軸ピン22のガラス24で埋められている部分の特性インピーダンスは、同軸ピン22の周囲を埋めているガラス24の比誘電率εrとその直径及び中心導体(同軸ピン22)の直径で決定される。この同軸ピン22のガラス24で埋められている部分を特性インピーダンスが50Ωになるように設定すると、同軸ピン22の空気にむき出しになっている部分(空気ギャップの部分)での特性インピーダンスは50Ωからずれる。なぜなら、中心導体(同軸ピン22)の空気にむきだしになっている部分の特性インピーダンスは中心導体(同軸ピン22)の直径と空気の比誘電率εrで決まり、中心導体(同軸ピン22)の空気にむきだしになっている部分の直径は中心導体(同軸ピン22)のガラス24で埋められている部分の直径と同じであるが、空気の比誘電率εrはガラス24の比誘電率εrと異なるためである。
As shown in FIG. 33A, in the optical transmission module operating at 10 Gb / s, the FPC board 12 is bent 90 degrees and connected to the coaxial pin 22 of the TO-CAN package 13. In this configuration, a high-frequency electric signal (RF signal) is rotated by 90 degrees at the connection portion between the coaxial pin 22 and the FPC board 12 and transmitted to the coaxial pin 22. Therefore, the bending loss of the RF signal at this connection portion becomes a problem.
Furthermore, due to the portion of the coaxial pin 22 exposed to the air (air gap portion), the characteristic impedance of the coaxial pin 22 deviates from the design value, and transmission loss and reflection loss are induced. As shown in FIG. 34, the periphery of the coaxial pin 22 is filled with an insulator such as glass 24 or air. The characteristic impedance of the portion of the coaxial pin 22 filled with the glass 24 is determined by the relative dielectric constant ε r of the glass 24 filling the periphery of the coaxial pin 22, its diameter, and the diameter of the central conductor (coaxial pin 22). Is done. If the portion of the coaxial pin 22 filled with the glass 24 is set to have a characteristic impedance of 50Ω, the characteristic impedance of the portion of the coaxial pin 22 exposed to the air (portion of the air gap) starts from 50Ω. Shift. This is because the characteristic impedance of the portion of the central conductor (coaxial pin 22) exposed to the air is determined by the diameter of the central conductor (coaxial pin 22) and the relative dielectric constant ε r of the air, and the central conductor (coaxial pin 22). The diameter of the exposed portion of the air is the same as the diameter of the portion of the central conductor (coaxial pin 22) that is filled with the glass 24, but the relative permittivity ε r of air is the relative permittivity ε of the glass 24. This is because it is different from r .
一方、図33(b)に示したように、25Gb/s動作の光送信モジュールは、RF信号がFPC基板12と同軸ピン22の接続部で90度曲げられることは無く、真直ぐに伝送されるため、10Gb/sの場合に比べ、RF信号の曲げ損失が抑制できる構成ではある。しかし、空気ギャップの部分での電気特性の劣化は10Gb/sの場合と同様に誘発される。従って、40Gb/s動作可能な光送信モジュールを実現するためには、10Gb/s動作や25Gb/s動作の光送信モジュールに比べ、更に厳しい特性インピーダンスの設計が求められる。 On the other hand, as shown in FIG. 33B, in the optical transmission module operating at 25 Gb / s, the RF signal is transmitted straight without being bent by 90 degrees at the connection portion between the FPC board 12 and the coaxial pin 22. Therefore, compared to the case of 10 Gb / s, the configuration can suppress the bending loss of the RF signal. However, the deterioration of the electrical characteristics at the air gap is induced in the same manner as in the case of 10 Gb / s. Therefore, in order to realize an optical transmission module capable of operating at 40 Gb / s, it is required to design a stricter characteristic impedance than an optical transmission module operating at 10 Gb / s or 25 Gb / s.
従って、本発明はTO-CANパッケージとFPC基板を用いた光送信モジュールにおける上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、40Gb/sのRF信号を低伝送損失・低反射損失でFPC基板からTO-CANパッケージ内部まで伝送することなどが可能な構成の光送信モジュールを提供することを課題とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems in an optical transmission module using a TO-CAN package and an FPC board. An RF signal of 40 Gb / s can be obtained with low transmission loss and low reflection loss. It is an object of the present invention to provide an optical transmission module having a configuration capable of transmitting from a substrate to the inside of a TO-CAN package.
上記課題を解決する第1発明の光送信モジュールは、
TO-CANパッケージと、FPC基板を有し、
前記TO-CANパッケージの背面と、前記FPC基板の先端面とは、空気ギャップを介して配置され、前記TO-CANパッケージに配された同軸ピンと、前記FPC基板とは、平行になるように配置されており、
前記同軸ピンと前記FPC基板の間隔が、0以上0.1mm以下になるように、前記同軸ピンが、前記FPC基板の表面に配された高周波信号線路に接続され、
前記TO-CANパッケージに配された複数のDCピンが屈曲し、前記FPC基板の裏側に配された直流信号線路に接続され、
前記TO-CANパッケージの内部で前記同軸ピンが、前記TO-CANパッケージの内部に配された高周波回路基板に配された高周波信号線路に接続され、
高周波回路基板に配された前記高周波信号線路と、前記TO-CANパッケージ内部に配された抵抗と、前記TO-CANパッケージ内部に配された光半導体素子とが電気的に接続され、
前記FPC基板の表面に配された高周波信号線路から、前記同軸ピンと前記高周波回路基板に配された前記高周波信号線路と前記抵抗とを介して、前記光半導体素子に高周波電気信号を導通し、
前記抵抗の抵抗値が、40Ω以上45Ω以下であり、
前記複数のDCピンのうち前記同軸ピンから最も離れて位置するDCピン、及び、発熱部となる当該DCピンと前記直流信号線路との接続部を介して、前記光半導体素子に直流電流を導通する構成としたこと
を特徴とする。
The optical transmission module of the first invention for solving the above-mentioned problems is
It has a TO-CAN package and an F PC board,
The back surface of the TO-CAN package and the front end surface of the FPC board are arranged via an air gap, and the coaxial pins arranged in the TO-CAN package and the FPC board are arranged in parallel. Has been
Spacing of the FPC substrate before and Symbol coaxial pins, so that the 0 or 0.1mm or less, the coaxial pins is connected to the high-frequency signal transmission line disposed on a surface of said FPC board,
A plurality of DC pins arranged in the TO-CAN package are bent and connected to a DC signal line arranged on the back side of the FPC board,
The coaxial pin inside the TO-CAN package is connected to a high-frequency signal line disposed on a high-frequency circuit board disposed inside the TO-CAN package,
The high-frequency signal line disposed on the high-frequency circuit board, the resistor disposed inside the TO-CAN package, and the optical semiconductor element disposed inside the TO-CAN package are electrically connected,
From the high-frequency signal line disposed on the surface of the FPC board, through the high-frequency signal line and the resistor disposed on the coaxial pin and the high-frequency circuit board, conducting a high-frequency electrical signal to the optical semiconductor element,
The resistance value of the resistor is 40Ω or more and 45Ω or less,
A direct current is conducted to the optical semiconductor element through a DC pin located farthest from the coaxial pin among the plurality of DC pins and a connecting portion between the DC pin serving as a heat generating portion and the DC signal line. It is characterized by having a configuration.
また、第2発明の光送信モジュールは、第1発明の光送信モジュールにおいて、
前記FPC基板はLCP材料を用いて作成したものであることを特徴とする。
The optical transmission module of the second invention is the optical transmission module of the first invention.
The FPC substrate is made using an LCP material.
また、第3発明の光送信モジュールは、第1又は第2発明の光送信モジュールにおいて、前記高周波回路基板に配された高周波信号線路が、第1のワイヤを介して前記抵抗に接続され、
前記抵抗が、第2のワイヤを介して前記光半導体素子に接続されていること
を特徴とする。
Further, the optical transmission module of the third invention is the optical transmission module of the first or second invention, wherein the high-frequency signal line disposed on the high-frequency circuit board is connected to the resistor via the first wire,
The resistor is connected to the optical semiconductor element through a second wire.
また、第4発明の光送信モジュールは、第3発明の光送信モジュールにおいて、
前記抵抗と前記第2のワイヤと前記光半導体素子の特性インピーダンスが50Ωであることを特徴とする。
The optical transmission module of the fourth invention is the optical transmission module of the third invention,
A characteristic impedance of the resistor, the second wire, and the optical semiconductor element is 50Ω.
また、第5発明の光送信モジュールは、第1又は第2発明の光送信モジュールにおいて、前記抵抗が、前記高周波回路基板に配された高周波信号線路とともに配され、
前記高周波回路基板に配された前記高周波信号線路が、ワイヤを介してDFBレーザに接続されていること
を特徴とする。
The optical transmission module of the fifth invention is the optical transmission module of the first or second invention, wherein the resistor is arranged together with a high-frequency signal line arranged on the high-frequency circuit board,
The high-frequency signal line disposed on the high-frequency circuit board is connected to a DFB laser through a wire.
また、第6発明の光送信モジュールは、第5発明の光送信モジュールにおいて、
前記抵抗と前記ワイヤと前記光半導体素子の特性インピーダンスが50Ωであることを特徴とする。
The optical transmission module of the sixth invention is the optical transmission module of the fifth invention,
A characteristic impedance of the resistor, the wire, and the optical semiconductor element is 50Ω.
また、第7発明の光送信モジュールは、第1〜第6発明の何れか1つの光送信モジュールにおいて、
前記光半導体素子が直接変調レーザであることを特徴とする。
Further, the optical transmission module of the seventh invention is the optical transmission module of any one of the first to sixth inventions,
The optical semiconductor element is a direct modulation laser.
本発明によれば、TO-CANパッケージに配された同軸ピンFPC基板の間隔(空気ギャップ)が、0以上0.1mm以下になるように、同軸ピンが、FPC基板の表面に配された高周波信号線路に接続され、TO-CANパッケージに配された複数のDCピンが屈曲し、FPC基板の裏側に配された直流信号線路に接続され、TO-CANパッケージの内部で同軸ピンが、TO-CANパッケージの内部に配された高周波回路基板に配された高周波信号線路に接続され、高周波回路基板に配された高周波信号線路と、TO-CANパッケージ内部に配された抵抗と、TO-CANパッケージ内部に配された光半導体素子とが電気的に接続され、FPC基板の表面に配された高周波信号線路から、同軸ピンと高周波回路基板に配された高周波信号線路と抵抗とを介して、光半導体素子に高周波電気信号を導通し、抵抗の抵抗値が、40Ω以上45Ω以下であることを特徴としているため、40Gb/sのRF信号を低伝送損失・低反射損失でFPC基板からTO-CANパッケージ内部まで伝送することなどが可能な光送信モジュールを実現することができる。 According to the present invention, the high frequency signal in which the coaxial pins are arranged on the surface of the FPC board so that the distance (air gap) between the coaxial pin FPC boards arranged in the TO-CAN package is 0 or more and 0.1 mm or less. A plurality of DC pins connected to the line and bent on the TO-CAN package are bent and connected to a DC signal line placed on the back side of the FPC board, and the coaxial pin is connected to the TO-CAN package. Connected to the high-frequency signal line arranged on the high-frequency circuit board arranged inside the package, the high-frequency signal line arranged on the high-frequency circuit board, the resistor arranged inside the TO-CAN package, and the inside of the TO-CAN package The optical semiconductor element is electrically connected to the optical semiconductor element from the high-frequency signal line disposed on the surface of the FPC board via the coaxial pin, the high-frequency signal line disposed on the high-frequency circuit board, and the resistor. Conduct high-frequency electrical signals through Optical transmission module that can transmit 40Gb / s RF signal from the FPC board to the inside of the TO-CAN package with low transmission loss and low reflection loss because the value is 40Ω or more and 45Ω or less Can be realized.
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
本発明においては、図1(b)に示すような構成の光送信モジュールとすることで、FPC基板12とTO-CANパッケージ13の接続部の空気ギャップをゼロとした。図1(a)に空気ギャップの定義を示した。図1(a)に示すように、空気ギャップはTO-CANパッケージ12の背面とFPC基板12の先端との間の距離である。図1(b)に実際の接続方法の模式図を示した。この接続方法を用いて、40Gb/sのRF信号を低伝送損失・低反射損失でFPC基板12からTO-CANパッケージ13の内部まで伝送することを目的とした。 In the present invention, the optical transmission module having the configuration as shown in FIG. 1B is used so that the air gap at the connection between the FPC board 12 and the TO-CAN package 13 is zero. FIG. 1A shows the definition of the air gap. As shown in FIG. 1A, the air gap is a distance between the back surface of the TO-CAN package 12 and the tip of the FPC board 12. FIG. 1B shows a schematic diagram of an actual connection method. The purpose of this connection method was to transmit a 40 Gb / s RF signal from the FPC board 12 to the inside of the TO-CAN package 13 with low transmission loss and low reflection loss.
本発明の光送信モジュールは、大きく3つの要素からなる。これら3つの要素に関して以下に詳細に説明する。
(1) 低い伝送損失・低い反射損失を実現するためのFPC基板の構造(材料選択・信号線設計)。
(2) FPC基板とTO-CANパッケージの接続方法。
(3) (2)の接続方法を実現するためのFPC基板の固定方法。
The optical transmission module of the present invention is mainly composed of three elements. These three elements are described in detail below.
(1) FPC board structure (material selection / signal line design) to achieve low transmission loss and low reflection loss.
(2) Connection method between FPC board and TO-CAN package.
(3) An FPC board fixing method for realizing the connection method of (2).
FPC基板12は、光送信モジュールを駆動するための電気信号を、PCB(図32(b)参照)から、光送信モジュールまで伝送するための信号線路である。内部に光半導体素子として直接変調レーザ(DML)が搭載された光送信モジュールを駆動する場合には、DMLのLD部を駆動するための40Gb/sの高周波電気信号(RF信号)をDMLまで低伝送損失・低反射損失で給電する必要が有る。その課題として、FPC基板12に低伝送損失・低反射損失の高周波信号線路(RF信号線路)を実現することである。そのため、FPC基板12を作製する際の材料の選択についてまず説明する。 The FPC board 12 is a signal line for transmitting an electrical signal for driving the optical transmission module from the PCB (see FIG. 32B) to the optical transmission module. When driving an optical transmission module with a direct modulation laser (DML) mounted inside as an optical semiconductor element, the 40 Gb / s high-frequency electrical signal (RF signal) for driving the LD part of the DML is reduced to DML. It is necessary to supply power with transmission loss and low reflection loss. The problem is to realize a high-frequency signal line (RF signal line) with low transmission loss and low reflection loss on the FPC board 12. Therefore, selection of a material when manufacturing the FPC board 12 will be described first.
図2(a)には従来のセラミック材料を用いて作製したFPC基板51のRF信号線路52の断面模式図を表し、図2(b)にはLCP(液晶ポリマー)材料を用いて作製したFPC基板12のRF信号線路26の断面模式図を表している。LCP材料(比誘電率εr:4)は、セラミック材料に比べ比誘電率εrが小さい。そのため、FPC基板12とFPC基板51が同じ基板厚で、RF信号線路26,52の幅WLCP,Wceramicを、特性インピーダンスが50Ωになるように設計すると、セラミック材料を用いた場合のRF信号線路52の幅Wceramicに比べて、LCP材料のほうがRF信号線路26の幅WLCPを広く設計することができる。RF信号線路26の幅WLCPを広く設計することのメリットは、電界がGNDと強く結合し、RF信号線路26の曲げ損失や伝送損失を小さくすることができることである。 2A shows a schematic cross-sectional view of an RF signal line 52 of an FPC board 51 manufactured using a conventional ceramic material, and FIG. 2B shows an FPC manufactured using an LCP (liquid crystal polymer) material. The cross-sectional schematic diagram of the RF signal track | line 26 of the board | substrate 12 is represented. The LCP material (relative permittivity ε r : 4) has a relative permittivity ε r smaller than that of the ceramic material. Therefore, if the FPC board 12 and the FPC board 51 have the same board thickness, and the widths W LCP and W ceramic of the RF signal lines 26 and 52 are designed so that the characteristic impedance is 50Ω, the RF signal when a ceramic material is used. than the width W Ceramic line 52, can be more of LCP material is wider design width W LCP of the RF signal line 26. The merit of designing the wide width W LCP of the RF signal line 26 is that the electric field is strongly coupled to GND, and the bending loss and transmission loss of the RF signal line 26 can be reduced.
初めに今回の検討に用いる計算手法の正当性について説明する。計算は全て、Ansoft社製HFSS(高周波回路シミュレーター)を用いて行った。
図3(a)に計算・測定に用いたFPC基板12の写真を示す。このFPC基板12の基板材料はLCPである。HFSSで検討を行ったRF信号線路26、及び、従来の直流信号線路(DC用線路)27が形成されている。図3(b)は作製したFPC基板12の特性評価の結果に関して、測定結果と計算結果を示している。周波数が上昇していくに従い、伝送損失を表すS21は次第に減少していく。30GHz付近でのS21は計算結果・測定結果共に−0.5dBの値を得た。一方、周波数が上昇していくに従い、反射損失を表すS11は次第に上昇していく。30GHz付近でのS11は計算結果・測定結果共に−16dBの値を得た。このように計算と良く一致した結果を示すことがわかる。35GHz以上で計算と測定がずれているのは、測定ジグの帯域が十分でなかったという結果を反映している。このように計算が良く実験結果を再現でき、計算手法が正当であることが分かった。以下、いろいろなパラメータが電気特性に与える影響について、計算を用いて検討する。
First, the validity of the calculation method used in this study will be explained. All calculations were performed using Ansoft HFSS (high frequency circuit simulator).
FIG. 3A shows a photograph of the FPC board 12 used for calculation / measurement. The substrate material of the FPC board 12 is LCP. An RF signal line 26 examined by HFSS and a conventional DC signal line (DC line) 27 are formed. FIG. 3B shows a measurement result and a calculation result regarding the result of the characteristic evaluation of the manufactured FPC board 12. As the frequency increases, S 21 representing transmission loss gradually decreases. S 21 in the vicinity of 30GHz was obtained a value of both the calculation results and measurement results -0.5 dB. On the other hand, as the frequency increases, S 11 representing reflection loss gradually increases. S 11 in the vicinity of 30GHz was obtained a value of both the calculation results and measurement results -16 dB. It can be seen that the result agrees well with the calculation. The difference between calculation and measurement above 35 GHz reflects the result of insufficient measurement jig bandwidth. Thus, it was found that the calculation was good and the experimental results could be reproduced, and the calculation method was valid. In the following, the effect of various parameters on electrical characteristics will be examined using calculations.
次に、セラミックとLCPをFPC基板の基板材料として用いて、それぞれの場合のRF信号線路を検討した。図4(a)はセラミック材料の場合のFPC51とTO-CANパッケージ13の同軸ピン22の接続部の図であり、図4(b)はLCP材料の場合のFPC基板12とTO-CANパッケージ13の同軸ピン22の接続部の図である。図4(c)は図4(a)と図4(b)のそれぞれの場合について、電気特性を計算した結果を示している。
通常用いられる値としてFPC基板12,51の厚さは0.21mmとした。特性インピーダンスを50ΩにするためのRF信号線路26,52の幅WLCP,Wceramicは、FPC基板12,51の厚さと、FPC基板12,51の材料(比誘電率)が決まると一意に決定される。RF信号線路26,52の幅WLCP,Wceramicの設計値はセラミック、LCPをFPC基板12,51の基板材料としたそれぞれ場合で、0.4mm及び0.18mmとなる。この両者に対して空気ギャップが0mmになるように接続した場合の電気特性の比較を述べる。
図4(c)に示すように、周波数が上昇していくに従い、伝送損失を表すS21は次第に減少していく。セラミック材料の方が激しく減少しているのに対して、LCP材料の方は40GHzでも−0.3dB以下であった。一方、周波数が上昇していくに従い、反射損失を表すS11は次第に上昇していく。40GHzでのS11は、セラミック材料では40GHzで−13dBと劣化しているのに対して、LCP材料では−17dBと良好な値を確保できている。一般に良好な特性を得るためには電気反射は−15dB以下に抑える必要が有る。この結果はFPC基板12の基板材料にLCPを用いることにより、40GHz動作に必要な特性が確保できることを示している。
Next, ceramic and LCP were used as substrate materials for the FPC substrate, and RF signal lines in each case were studied. FIG. 4A is a diagram of a connection portion between the FPC 51 in the case of a ceramic material and the coaxial pin 22 of the TO-CAN package 13, and FIG. 4B is a diagram of the FPC board 12 and the TO-CAN package 13 in the case of an LCP material. It is a figure of the connection part of the coaxial pin 22. FIG. 4C shows the result of calculating the electrical characteristics for each case of FIG. 4A and FIG.
As a commonly used value, the thickness of the FPC boards 12 and 51 was 0.21 mm. The widths W LCP and W ceramic of the RF signal lines 26 and 52 for setting the characteristic impedance to 50Ω are uniquely determined when the thickness of the FPC substrates 12 and 51 and the material (relative dielectric constant) of the FPC substrates 12 and 51 are determined. Is done. The design values of the widths W LCP and W ceramic of the RF signal lines 26 and 52 are 0.4 mm and 0.18 mm when ceramic and LCP are used as the substrate materials of the FPC substrates 12 and 51, respectively. A comparison of the electrical characteristics when both are connected so that the air gap is 0 mm will be described.
As shown in FIG. 4C, as the frequency increases, S 21 representing transmission loss gradually decreases. The ceramic material showed a sharp decrease, whereas the LCP material was less than -0.3 dB even at 40 GHz. On the other hand, as the frequency increases, S 11 representing reflection loss gradually increases. The S 11 at 40 GHz deteriorates to −13 dB at 40 GHz for ceramic materials, while a good value of −17 dB can be secured for LCP materials. Generally, in order to obtain good characteristics, it is necessary to suppress electric reflection to -15 dB or less. This result shows that the characteristics necessary for 40 GHz operation can be secured by using LCP as the substrate material of the FPC board 12.
LCPをFPC基板の基板材料として用いたRF信号線路の構造を検討した。目的は低伝送損失・低反射損失なRF信号線路の実現である。図5(a)及び図5(b)それぞれにFPC基板12とTO-CANパッケージ13の同軸ピン22との接続部の断面図と上面図を示す。FPC基板12の厚さとしては10Gb/sの技術で使われている一般的な値である0.05mmを採用した。FPC基板12の長さも一般的な値である10mmとした。TO-CANパッケージ13の同軸ピン22の導体の直径は10Gb/sの技術で使われている一般的な値の0.3mmとした。この同軸ピン13との接続を考え、FPC基板12のRF信号線路26における接続部26aの幅を0.3mmとした。図5(b)に示したとおり、FPC基板12の上面にRF信号線路26と間隔ΔW[mm]をおいて、接地電極(GND)28を配置することを検討した。 The structure of the RF signal line using LCP as the substrate material of the FPC board was studied. The purpose is to realize an RF signal line with low transmission loss and low reflection loss. FIG. 5A and FIG. 5B respectively show a cross-sectional view and a top view of a connection portion between the FPC board 12 and the coaxial pin 22 of the TO-CAN package 13. The thickness of the FPC board 12 is 0.05 mm, which is a common value used in the 10 Gb / s technology. The length of the FPC board 12 is also 10 mm which is a general value. The diameter of the conductor of the coaxial pin 22 of the TO-CAN package 13 is set to 0.3 mm, which is a general value used in the technology of 10 Gb / s. Considering the connection with the coaxial pin 13, the width of the connection portion 26a in the RF signal line 26 of the FPC board 12 is set to 0.3 mm. As shown in FIG. 5B, it was considered to arrange a ground electrode (GND) 28 on the upper surface of the FPC board 12 with an interval ΔW [mm] from the RF signal line 26.
図6(a)及び図6(b)はTO-CANパッケージ13の同軸ピン22とFPC基板12のRF信号線路26における接続部26aの模式図を示している。図6(a)に示したとおり同軸ピン22だけ考えた場合、同軸ピン22のガラス24で埋められている部分(図中のL1の範囲の部分)の特性インピーダンスが50Ωに整合させると、同軸ピン22の空気にむき出しになっている部分(図中のL1の範囲の部分)の特性インピーダンスが50Ωより大きくなる。一方、FPC基板12に着目すると、RF信号線路26(図中のL3の範囲の部分)の特性インピーダンスを50Ωに整合させたとき、FPC12の上面(表面)に配した接地電極28とRF信号線路26の間隔ΔWを小さくしていくと、接地電極28が配されている部分(図中のL4の範囲の部分)におけるRF信号線路26の特性インピーダンスは50Ωより小さくなっていく。両者を接続することで、接続部の特性インピーダンスが50Ωに整合するようにΔWの値を検討する。実際ΔWを0.1〜0.5mmまで増加させて計算を行った。 FIGS. 6A and 6B are schematic diagrams of the connection portion 26 a in the coaxial pin 22 of the TO-CAN package 13 and the RF signal line 26 of the FPC board 12. When only the coaxial pin 22 is considered as shown in FIG. 6A, when the characteristic impedance of the portion of the coaxial pin 22 embedded in the glass 24 (the portion in the range of L 1 in the figure) is matched to 50Ω, The characteristic impedance of the portion of the coaxial pin 22 exposed to the air (the portion in the range of L1 in the figure) becomes larger than 50Ω. On the other hand, when focusing on the FPC board 12, when the characteristic impedance of the RF signal line 26 (the portion in the range of L3 in the figure) is matched to 50Ω, the ground electrode 28 disposed on the upper surface (front surface) of the FPC 12 and the RF signal line When the interval ΔW of 26 is reduced, the characteristic impedance of the RF signal line 26 in the portion where the ground electrode 28 is disposed (the portion in the range of L 4 in the figure) becomes smaller than 50Ω. By connecting the two, the value of ΔW is examined so that the characteristic impedance of the connection matches 50Ω. Actually, the calculation was performed by increasing ΔW to 0.1 to 0.5 mm.
図7(a),図7(b)及び図7(c)はΔW=0.4mm、ΔW=0.3mm、ΔW=0.2mmの場合のS21/S11特性の計算結果を示している。ΔWが小さいほどFPC基板12のRF信号線路26は、接地電極28がRF信号線路26に近づくために低インピーダンスになる。同軸ピン22のみを考えると、同軸ピン22の空気にむき出しになっている部分で、高インピーダンスになる。高インピーダンスの同軸ピン22を低インピーダンスのFPC基板12のRF信号線路26(接続部26a)に接続することで、この接続点でのインピーダンスを全体として50Ωに近づけるように検討する。そのためΔWが小さいほどS11特性の劣化が小さい良好な結果が得られることを計算は示している。 FIGS. 7A, 7B and 7C show the calculation results of the S 21 / S 11 characteristics when ΔW = 0.4 mm, ΔW = 0.3 mm and ΔW = 0.2 mm. The smaller the ΔW, the lower the impedance of the RF signal line 26 of the FPC board 12 because the ground electrode 28 approaches the RF signal line 26. If only the coaxial pin 22 is considered, the portion of the coaxial pin 22 exposed to the air has a high impedance. By connecting the high-impedance coaxial pin 22 to the RF signal line 26 (connection portion 26a) of the low-impedance FPC board 12, the impedance at this connection point as a whole is considered to approach 50Ω. Therefore, the calculation shows that the smaller the ΔW is, the better the result is obtained with less degradation of the S 11 characteristic.
図8には横軸にΔWをとり、縦軸に40GHzにおけるS11の値の計算結果をプロットしたグラフを示す。ΔWが小さくなるにつれ、前記接続点におけるS11特性は良好な値を示す。S11特性が−15dB以下になるにはΔWが0.3mm以下であることが望ましい。一方、ΔWを小さくするのには製造上は限界がある。なぜなら半田を用いて接続する際、半田が染み出すので、ΔWの大きさは0.2mm以上取ることが望ましい。計算結果によるとΔW=0.1以上0.3mm以下で良好な特性を示すことが分かる。
なお、この計算はFPC基板12の厚さ0.05mm、同軸ピン22の直径0.3mm、FPC基板12上のRF信号線路26の接続部26aの幅0.3mmとした場合の結果であるが、例えばFPC基板12の厚さ0.05mm、同軸ピン22の直径0.4mm、FPC基板12上のRF信号線路26の接続部26aの幅0.4mmとした場合においても、ΔWは0.1〜0.3mmの間で良好な計算結果が得られることを確認した。
FIG. 8 is a graph in which ΔW is plotted on the horizontal axis and the calculation result of the value of S 11 at 40 GHz is plotted on the vertical axis. As ΔW becomes smaller, the S 11 characteristic at the connection point shows a better value. It is desirable to S 11 characteristics are below -15dB is ΔW is 0.3mm or less. On the other hand, there is a limit in manufacturing to reduce ΔW. This is because when soldering is used, solder oozes out, so it is desirable that ΔW be 0.2 mm or more. According to the calculation results, it can be seen that good characteristics are exhibited when ΔW = 0.1 to 0.3 mm.
This calculation is the result when the thickness of the FPC board 12 is 0.05 mm, the diameter of the coaxial pin 22 is 0.3 mm, and the width 26 mm of the connection portion 26 a of the RF signal line 26 on the FPC board 12. Even when the thickness of the substrate 12 is 0.05 mm, the diameter of the coaxial pin 22 is 0.4 mm, and the width of the connecting portion 26 a of the RF signal line 26 on the FPC substrate 12 is 0.4 mm, ΔW is good between 0.1 and 0.3 mm. It was confirmed that the calculation result was obtained.
TO-CANパッケージ13を用いる場合、同軸ピン22を用いてRF信号を伝送する。同軸ピン22とFPC基板12を接続する場合、このようにFPC基板12におけるRF信号線路26の接続部26aの周囲に接地電極28を配し、接続部26aのインピーダンスを50Ωに整合させることが必要となる。特に40Gb/s動作実現のためにはインピーダンス不整合を抑制する必要が有り、そのためにΔWの値を検討し決定する必要が有る。 When the TO-CAN package 13 is used, an RF signal is transmitted using the coaxial pin 22. When connecting the coaxial pin 22 and the FPC board 12, it is necessary to arrange the ground electrode 28 around the connection part 26 a of the RF signal line 26 in the FPC board 12 and match the impedance of the connection part 26 a to 50Ω. It becomes. In particular, in order to realize 40 Gb / s operation, it is necessary to suppress impedance mismatching. For this reason, it is necessary to examine and determine the value of ΔW.
図9は光送信モジュールを構成するTO-CANパッケージ13とFPC基板12の接続部(空気ギャップ無し)の概念図を示している。図9(a)は光送信モジュールを背面から見た図、図9(b)は光送信モジュールの断面図である。図9のように接続することで、空気ギャップによる特性インピーダンスのずれを抑制する。そのために以下に接続方法(接続作業の手順)を述べる。
(1) まず、FPC基板12と同軸ピン22が平行になるようにする。
(2) 次に、FPC基板12の先端面を、TO-CANパッケージ13の背面(壁)13(即ち底部13bの背面及びガラス24の背面)に押し当てて、空気ギャップを無くす。
(3) 次に、同軸ピン22とRF信号線路26の位置を上から確認して、両者の位置を合わせる。
(4) 次に、FPC基板12の先端面と、この先端面が押し当てられているTO-CANパッケージ13の背面13の部分とを、半田付けによって固定する。
(5) 更にRF信号線路26と同軸ピン22も、半田付けによって固定する。
FIG. 9 shows a conceptual diagram of a connecting portion (no air gap) between the TO-CAN package 13 and the FPC board 12 constituting the optical transmission module. FIG. 9A is a view of the optical transmission module as viewed from the back, and FIG. 9B is a cross-sectional view of the optical transmission module. By connecting as shown in FIG. 9, the deviation of the characteristic impedance due to the air gap is suppressed. For this purpose, a connection method (connection work procedure) will be described below.
(1) First, the FPC board 12 and the coaxial pin 22 are made parallel.
(2) Next, the front end surface of the FPC board 12 is pressed against the back surface (wall) 13 of the TO-CAN package 13 (that is, the back surface of the bottom portion 13b and the back surface of the glass 24) to eliminate the air gap.
(3) Next, the positions of the coaxial pin 22 and the RF signal line 26 are confirmed from above, and the positions of both are aligned.
(4) Next, the front end surface of the FPC board 12 and the portion of the back surface 13 of the TO-CAN package 13 against which the front end surface is pressed are fixed by soldering.
(5) Further, the RF signal line 26 and the coaxial pin 22 are also fixed by soldering.
仮に、図10(a)に示すように空気ギャップZが存在した場合の電気特性に与える影響について計算を用いて検討した。図10(b)のように空気ギャップZが0mmから0.5mmに増加した場合にS11は40GHzにおいて−18dB → −9dBと増加する。高周波のデバイス特性をとして良好な特性を得るために−15dBをきるためには、空気ギャップZが0.1mm以下である必要がある。従来の接続方法、例えば10Gb/s及び25Gb/sで紹介した接続方法では構造上このように接続部の空気ギャップを0.1mm以下とすることは不可能である。本発明の構成であれば、空気ギャップを事実上ゼロとすることができるので、良好なS11を確保することが可能である。 Temporarily, the influence which it has on the electrical property when the air gap Z exists as shown in FIG. As shown in FIG. 10B, when the air gap Z increases from 0 mm to 0.5 mm, S 11 increases from −18 dB to −9 dB at 40 GHz. In order to obtain -15 dB in order to obtain good characteristics using high-frequency device characteristics, the air gap Z needs to be 0.1 mm or less. In the conventional connection method, for example, the connection method introduced at 10 Gb / s and 25 Gb / s, it is impossible to make the air gap of the connection part 0.1 mm or less in this way because of the structure. According to the configuration of the present invention, the air gap can be practically zero, and thus it is possible to ensure good S 11 .
次に、図11に同軸ピン22とFPC基板12の接続部における高さ方向のずれ(高さずれ)Δhの電気特性への影響を示す。図11(a)に示すように、高さずれとΔhとは、同軸ピン22の下側とFPC基板12の表面(上面)の間の距離である。図11(b)に示すように、空気ギャップZを0mmに固定して、高さズレΔhを0.1 mm → 0.3mmと変化させた。計算によると、Δhが0.1mmのときはS11は40GHzにおいて−20dBであるのに対して、Δhが0.3mmのときは−14dBと−15dBより劣化する。このことから高さズレΔhを0.2mm以下にすることが望ましい。25Gb/s動作を報告した従来方法では、高さずれを0.2mm以下とすることは不可能である。本発明の構成であれば、高さずれを事実上ゼロとすることができるので、良好なS11を確保することが可能である。 Next, FIG. 11 shows the influence on the electrical characteristics of the deviation (height deviation) Δh in the height direction at the connection portion between the coaxial pin 22 and the FPC board 12. As shown in FIG. 11A, the height shift and Δh are distances between the lower side of the coaxial pin 22 and the surface (upper surface) of the FPC board 12. As shown in FIG. 11B, the air gap Z was fixed to 0 mm, and the height deviation Δh was changed from 0.1 mm to 0.3 mm. According to the calculation, when Δh is 0.1 mm, S 11 is −20 dB at 40 GHz, whereas when Δh is 0.3 mm, the deterioration is −14 dB and −15 dB. Therefore, it is desirable that the height deviation Δh is 0.2 mm or less. With the conventional method that reported 25 Gb / s operation, it is impossible to make the height deviation 0.2 mm or less. With the configuration of the present invention, the height deviation can be made virtually zero, so that a favorable S 11 can be ensured.
次に、FPCの厚さを0.21mmとしてその他の効果に対しても計算をした。例えば、図12(a)に示すRF信号線路26と接地電極28の間隔ΔWに対する依存性を、図12(b)に示した。なお、空気ギャップZ=0mm、高さずれΔh=0.2mm、RF信号線路2の幅W=0.32mmとした。FPC基板12が0.05mm厚のときに比べ、0.21mm厚の場合には、特性を大きく劣化させる要因にはならないことが分かった。また、図13(a)及び図13(b)のようにFPC基板12の接続部に接地電極28を入れるか入れないかについても計算をしたが(両方とも空気ギャップZは0mm)、図13(c)に示すように大きな特性の差は見えなかった。 Next, the FPC thickness was set to 0.21 mm, and other effects were also calculated. For example, the dependency on the distance ΔW between the RF signal line 26 and the ground electrode 28 shown in FIG. 12A is shown in FIG. Note that the air gap Z = 0 mm, the height deviation Δh = 0.2 mm, and the width W of the RF signal line 2 = 0.32 mm. It has been found that when the thickness of the FPC board 12 is 0.051 mm, the characteristic is not greatly deteriorated when the thickness is 0.21 mm. Further, as shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b), it was calculated whether or not the ground electrode 28 was inserted into the connecting portion of the FPC board 12 (both the air gap Z was 0 mm). As shown in (c), no significant characteristic difference was observed.
これらの計算結果は、FPC基板12が0.21mm厚のときは電気特性に大きな影響を与えるのは空気ギャップZと高さずれΔhであることを示しており、これらを抑制するための本発明の接続方法は非常に有用だということが示された。 These calculation results show that when the FPC board 12 is 0.21 mm thick, it is the air gap Z and the height deviation Δh that have a great influence on the electrical characteristics. The connection method was shown to be very useful.
次に、上記(2)で提案した接続方法を実現するために、本実施の形態例の光送信モジュールの構成要素であるFPC基板とTO-CANパッケージを固定(接続)する方法について説明する。 Next, in order to realize the connection method proposed in (2) above, a method for fixing (connecting) the FPC board, which is a component of the optical transmission module of the present embodiment, and the TO-CAN package will be described.
図14に接続方法の説明図を示している。図14(a)には光送信モジュールのFPC基板12とTO-CANパッケージ13の接続部の背面側の斜視図を示しており、図14(b)にはその断面図を示している。これらの図において21はFPC基板12とTO-CANパッケージ13を半田付けする箇所である。
図14(c)及び図14(d)はTO-CANパッケージ13の背面写真であり、高周波同軸ピン22及び複数の直流(DC)ピン23の配置を示している。複数のDCピン23を、以後、図14(c)及び図14(d)において左から右へ順に第1のDCピン23、第2のDCピン23、第3のDCピン23とも称する。同軸ピン21は円柱状の導体であり、TO-CANパッケージ13の底部13aに設けられた絶縁体で円柱状のガラス24の中心部を貫通してガラス24と同軸になっており(即ち周囲をガラス24で埋められており)、両側部分が、TO-CANパッケージ13の外側(図14(b)における右側)と内側(図14(b)における左側)とに突出している。各DCピン23も底部13aを貫通して両側部分が、TO-CANパッケージ13の外側と内側とに突出している。
FIG. 14 shows an explanatory diagram of the connection method. FIG. 14A shows a perspective view of the back side of the connecting portion between the FPC board 12 and the TO-CAN package 13 of the optical transmission module, and FIG. 14B shows a cross-sectional view thereof. In these drawings, reference numeral 21 denotes a place where the FPC board 12 and the TO-CAN package 13 are soldered.
FIGS. 14C and 14D are rear photographs of the TO-CAN package 13 and show the arrangement of the high-frequency coaxial pins 22 and a plurality of direct current (DC) pins 23. Hereinafter, the plurality of DC pins 23 are also referred to as a first DC pin 23, a second DC pin 23, and a third DC pin 23 in order from left to right in FIGS. 14 (c) and 14 (d). The coaxial pin 21 is a cylindrical conductor, is an insulator provided on the bottom portion 13a of the TO-CAN package 13, passes through the central portion of the cylindrical glass 24, and is coaxial with the glass 24 (that is, around the periphery). Both sides of the TO-CAN package 13 protrude outside (to the right in FIG. 14B) and inside (to the left in FIG. 14B). Each DC pin 23 also penetrates the bottom portion 13 a and both side portions protrude to the outside and inside of the TO-CAN package 13.
図14(a)〜図14(d)に示すように、TO-CANパッケージ13には、TO-CANパッケージ13の内部に実装されている光半導体素子へ高周波電気信号を導通するための同軸ピン22と、複数のDCピン23が並列に配置されている。これらのピン22,23を用いてFPC基板12を固定する方法について述べる。 As shown in FIGS. 14A to 14D, the TO-CAN package 13 includes a coaxial pin for conducting a high-frequency electrical signal to an optical semiconductor element mounted inside the TO-CAN package 13. 22 and a plurality of DC pins 23 are arranged in parallel. A method of fixing the FPC board 12 using these pins 22 and 23 will be described.
まず、図14(a)及び図14(b)に示すように、FPC基板12を同軸ピン22とその他3本のDCピン23にあわせて高さずれが0、空気ギャップが0になるように配置する。そして、半田付け箇所21においてFPC基板12とTO−CANパッケージ13とを、半田を用いて固定する。即ち、FPC基板12の先端面全体(即ち図14(a)に矢印Dで示すFPC基板12の幅方向の全体に亘って)を、TO-CANパッケージ13の背面13bに半田付けによって接続している。更に、同軸ピン22(TO-CANパッケージ13の外側に突出している部分)と、FPC基板12の表面に配されている高周波信号線路(RF信号線路)26も、半田付けによって接続している。
その後、各DCピン23とFPC基板12を、半田を用いて図14(b)に示すように固定する。即ち、FPC基板12の下にある各DCピン23(TO-CANパッケージ13の外側に突出している部分)を、図14(b)に一点鎖線で示すようにFPC基板12と平行に真直ぐに延びた状態から、矢印Eの如く上に(FPC基板12の方向に)曲げて図14(b)に実線で示す状態とし、FPC基板12の裏面の3箇所(前記裏面に配された直流信号線路)に半田付けによって(半田付け箇所25)、固定する。
First, as shown in FIGS. 14A and 14B, the FPC board 12 is aligned with the coaxial pin 22 and the other three DC pins 23 so that the height deviation is 0 and the air gap is 0. Deploy. Then, the FPC board 12 and the TO-CAN package 13 are fixed using solder at the soldering location 21. That is, the entire front end surface of the FPC board 12 (that is, the entire width direction of the FPC board 12 indicated by an arrow D in FIG. 14A) is connected to the back surface 13b of the TO-CAN package 13 by soldering. Yes. Further, the coaxial pin 22 (portion protruding outside the TO-CAN package 13) and the high-frequency signal line (RF signal line) 26 arranged on the surface of the FPC board 12 are also connected by soldering.
Thereafter, the DC pins 23 and the FPC board 12 are fixed using solder as shown in FIG. That is, each DC pin 23 (the part protruding outside the TO-CAN package 13) under the FPC board 12 extends straight in parallel with the FPC board 12 as shown by a one-dot chain line in FIG. In this state, it is bent upward (in the direction of the FPC board 12) as shown by an arrow E to obtain a state indicated by a solid line in FIG. 14B, and three positions on the back surface of the FPC board 12 (DC signal lines arranged on the back surface). ) By soldering (soldering location 25).
次に、DCピン23の配線方法について述べる。図15(a)及び図15(b)にTO-CANパッケージ13を背面側から見た写真を示す。図15(a)においては3本のDCピン23が設けられているが、DCピン23の数はTO-CANパッケージ13の大きさに応じて増やすことができる。図15(b)には4本のDCピン23を設けた場合を示している。4本のDCピン23を、以後、図15(d)において左から右へ順に第1のDCピン23、第2のDCピン23、第3のDCピン23、第4のDCピン23とも称する。 Next, a method for wiring the DC pins 23 will be described. FIGS. 15A and 15B show photographs of the TO-CAN package 13 viewed from the back side. In FIG. 15A, three DC pins 23 are provided, but the number of DC pins 23 can be increased according to the size of the TO-CAN package 13. FIG. 15B shows a case where four DC pins 23 are provided. Hereinafter, the four DC pins 23 are also referred to as a first DC pin 23, a second DC pin 23, a third DC pin 23, and a fourth DC pin 23 in order from left to right in FIG. .
図16にTO-CANパッケージ13の内部の配置を示す。図示例では、TO-CANパッケージ13の内部にDML31、高周波回路基板32、モニタPD33、40Ω〜45Ωのチップ抵抗35、サーミスタ36などが配置されている。DCピン23を使用する用途としては、TO-CANパッケージ13内部にDML31を実装する場合には、LD注入電流用、モニタPD33用、サーミスタ36用である。TO-CANパッケージ13の内部の各素子(DMLレーザ31、モニタPD33、サーミスタ36)は、金線ワイヤを用いて各DCピン23に結線する。高周波同軸ピン22のみは、半田を用いてTO-CANパッケージ13内部の高周波回路基板32と接続する。 FIG. 16 shows the internal arrangement of the TO-CAN package 13. In the illustrated example, a DML 31, a high-frequency circuit board 32, a monitor PD 33, a chip resistor 35 of 40Ω to 45Ω, a thermistor 36, and the like are arranged inside the TO-CAN package 13. The DC pin 23 is used for LD injection current, monitor PD 33 and thermistor 36 when the DML 31 is mounted inside the TO-CAN package 13. Each element (DML laser 31, monitor PD 33, thermistor 36) inside the TO-CAN package 13 is connected to each DC pin 23 using a gold wire. Only the high-frequency coaxial pin 22 is connected to the high-frequency circuit board 32 inside the TO-CAN package 13 using solder.
各ピン22,23の配置について説明する。図17にFPC基板12をTO-CANパッケージ13に接続する際の各ピン22,23の配置を示している。第1〜第4のDCピン23がFPC基板12の下側にくる場合が図17(a)及び図17(b)であり、第1〜第4のDCピン23がFPC基板12の上側に来る場合が図17(c)及び図17(d)である。同軸ピン22の位置に一番近いのが第2のDCピン23である。同軸ピン22から一番遠い位置にあるのは第4のDCピン23である。DCピン23は、DMLを実装する場合には前述のとおり、LD注入電流用、モニタPD23用、サーミスタ36用として用いるが、必要に応じて温度調節素子を駆動するためにも利用する。図17(b)及び図17(d)の例では、FPC基板12の裏面に設けられた2つの短い直流信号線路27aのうちの外側の直流信号線路27aに同軸ピン22から最も離れている第4のDCピン23が半田付けで接続され、内側の直流信号線路27aに第3のDCピン23が半田付けで接続されている。FPC基板12の表面には2本の直流信号線路27が設けられており、これら2本の直流信号線路27のうちの外側の直流信号線路27には外側の直流信号線路27aがFPC基板12の貫通穴(図示省略)を介して電気的に導通され、内側の直流信号線路27には内側の直流信号線路27aがFPC基板12の貫通穴(図示省略)を介して電気的に導通されている。 The arrangement of the pins 22 and 23 will be described. FIG. 17 shows the arrangement of the pins 22 and 23 when the FPC board 12 is connected to the TO-CAN package 13. 17A and 17B show the case where the first to fourth DC pins 23 are located below the FPC board 12, and the first to fourth DC pins 23 are located above the FPC board 12. FIG. FIG. 17C and FIG. The second DC pin 23 is closest to the position of the coaxial pin 22. The fourth DC pin 23 is located farthest from the coaxial pin 22. As described above, the DC pin 23 is used for LD injection current, for the monitor PD 23, and for the thermistor 36 when DML is mounted. However, the DC pin 23 is also used for driving the temperature adjusting element as necessary. In the example of FIGS. 17B and 17D, the outermost DC signal line 27a of the two short DC signal lines 27a provided on the back surface of the FPC board 12 is the furthest away from the coaxial pin 22. The fourth DC pin 23 is connected by soldering, and the third DC pin 23 is connected by soldering to the inner DC signal line 27a. Two DC signal lines 27 are provided on the surface of the FPC board 12, and the outer DC signal line 27 a of the two DC signal lines 27 is connected to the outer DC signal line 27 of the FPC board 12. The inner DC signal line 27 is electrically connected to the inner DC signal line 27 through the through hole (not shown) of the FPC board 12. .
LD注入電流用、モニタPD23用、サーミスタ36用としてのみDCピン23を利用する場合について説明する。この場合、DCピン23に流れる電流が最も大きいのはLD注入電流用のDCピン23である。DCピン23をFPC基板12の裏面に接続する場合、このDCピン23とFPC基板12の接続部で電流が流れることにより熱が発生する(図17(d)の発熱部41を参照)。そして、前記接続部からRF信号線路26へ熱伝導することにより、RF信号線路26の温度を上昇させる。この温度上昇によってRF信号線路26の一部で熱勾配が生じると、RF信号線路26の特性インピーダンスが変化し、その結果、RF信号線路26の電気特性を劣化させる。特にFPC基板12は0.05mmと薄いためにこの効果が顕著に現れる。よって、LD用のDCライン及び接続部は、可能な限りRF信号線路26から離すことが望ましい。そのため、同軸ピン22(RF信号線路26)から一番遠い(最も離れた)位置にある第4のDCピン23を、LD注入電流用に割り当てる。 A case where the DC pin 23 is used only for the LD injection current, the monitor PD 23, and the thermistor 36 will be described. In this case, the largest current flowing through the DC pin 23 is the DC pin 23 for LD injection current. When the DC pin 23 is connected to the back surface of the FPC board 12, heat is generated by a current flowing through the connecting portion between the DC pin 23 and the FPC board 12 (see the heat generating part 41 in FIG. 17D). Then, the temperature of the RF signal line 26 is increased by conducting heat from the connection portion to the RF signal line 26. When a thermal gradient occurs in a part of the RF signal line 26 due to this temperature rise, the characteristic impedance of the RF signal line 26 changes, and as a result, the electrical characteristics of the RF signal line 26 are deteriorated. In particular, since the FPC board 12 is as thin as 0.05 mm, this effect appears remarkably. Therefore, it is desirable that the DC line for the LD and the connection portion be separated from the RF signal line 26 as much as possible. Therefore, the fourth DC pin 23 located farthest from the coaxial pin 22 (RF signal line 26) is allocated for the LD injection current.
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[実施例1]
(構造)
図18には本発明の実施例1の光送信モジュールの構成図を示す。本実施例1の光送信モジュールは、硬い金属の台61の表面(上面)と裏面(下面)にそれぞれFPC基板12とDC配線基板62とを半田付けし、その一体化した台61とFPC基板12とDC配線基板62を、空気ギャップ及び高さずれが無いように、TO-CANパッケージ13の同軸ピン22とDCピン23で挟み込む構造としている。TO-CANパッケージ13内部に実装したDMLを駆動するためのRF信号は硬い金属の台61の上に置いたFPC基板12のRF信号線路を通して伝送する。
[Example 1]
(Construction)
FIG. 18 shows a configuration diagram of the optical transmission module according to the first embodiment of the present invention. In the optical transmission module of the first embodiment, the FPC board 12 and the DC wiring board 62 are soldered to the front surface (upper surface) and back surface (lower surface) of the hard metal base 61, respectively, and the integrated base 61 and FPC board are integrated. 12 and the DC wiring board 62 are sandwiched between the coaxial pin 22 and the DC pin 23 of the TO-CAN package 13 so that there is no air gap and no height shift. The RF signal for driving the DML mounted in the TO-CAN package 13 is transmitted through the RF signal line of the FPC board 12 placed on the hard metal base 61.
(寸法)
FPC基板12はLCP材料で作製した。FPC基板12の厚さは0.2mmで長さは10mmとした。TO-CANパッケージ13とFPC基板21の接続部の寸法は図19のようである。即ち、同軸ピン22の直径は0.3mm、RF信号線路26の接続部26aにおける幅は0.3mm、そして接続部26aから離れたところのRF信号線路26の幅は0.32mmとした。実施の形態例で述べたとおり、空気ギャップと高さずれが特性に大きな影響を与えるため、図18のように空気ギャップがゼロになるようにFPC基板22とTO-CANパッケージ13を接続した。
(Size)
The FPC substrate 12 was made of LCP material. The thickness of the FPC board 12 was 0.2 mm and the length was 10 mm. The dimensions of the connecting portion between the TO-CAN package 13 and the FPC board 21 are as shown in FIG. That is, the diameter of the coaxial pin 22 is 0.3 mm, the width of the connection portion 26a of the RF signal line 26 is 0.3 mm, and the width of the RF signal line 26 away from the connection portion 26a is 0.32 mm. As described in the embodiment, since the air gap and the height shift greatly affect the characteristics, the FPC board 22 and the TO-CAN package 13 are connected so that the air gap becomes zero as shown in FIG.
(実装の手順)
図20に実施例1の光送信モジュールの構成を示す。TO-CANパッケージ13の直径は7.4mmを用いた。実装の流れとしては、TO-CANパッケージ13の内部に必要な素子類を実装し、レンズキャップ63、フェルールホルダー65、フェルール66、光ファイバ64などを接続してから、FPC基板12を接続する。最初に、TO-CANパッケージ13の内部素子を実装する手順について述べる。TO-CANパッケージ13内部の簡単な接続図を図21(a)に示し、写真を図21(b)に示す。図21に示すように、TO-CANパッケージ13内部に実装する光半導体素子としてはDML31を用いる。DML31はLD部31aを有している。
(Implementation procedure)
FIG. 20 shows the configuration of the optical transmission module of the first embodiment. The diameter of the TO-CAN package 13 is 7.4 mm. As a mounting flow, necessary elements are mounted in the TO-CAN package 13, and the lens cap 63, ferrule holder 65, ferrule 66, optical fiber 64, and the like are connected, and then the FPC board 12 is connected. First, the procedure for mounting the internal elements of the TO-CAN package 13 will be described. A simple connection diagram inside the TO-CAN package 13 is shown in FIG. 21A, and a photograph is shown in FIG. As shown in FIG. 21, a DML 31 is used as an optical semiconductor element mounted inside the TO-CAN package 13. The DML 31 has an LD unit 31a.
TO-CANパッケージ13内部への素子の実装及びTO-CANパッケージ13とFPC基板12の接続は以下の手順で行った。 The mounting of elements in the TO-CAN package 13 and the connection between the TO-CAN package 13 and the FPC board 12 were performed in the following procedure.
(1) DML31をヒートシンク37 (主にAlNが用いられる)にダイボンディングを用いて半田付けする。
(2) 次に、ヒートシンク37をTO-CANパッケージ13内部の中心にダイボンディングを用いて半田付けする。
(3) 高周波回路基板32、40Ω〜45Ωのチップ抵抗35、モニタPD33、サーミスタ36を、銀ペーストもしくは半田を用いてTO-CANパッケージ13内部に図20,図21のように搭載する。
(4) 高周波回路基板32と同軸ピン22を半田付けする。
(5) 高周波回路基板32、DML31(LD部31a)、40Ω〜45Ωのチップ抵抗35、モニタPD33などを、ワイヤ67を用いて配線する。
(6) シーム溶接でTO-CANパッケージ13にレンズキャップ63を付ける。
(7) レンズキャップ63を溶接後のTO-CANパッケージ13に光ファイバ64を、YAG溶接する。
(8) (7)まで終了して素子が実装されたTO-CANパッケージ13に対して、前述ののようにFPC基板12を接続する。
(1) The DML 31 is soldered to the heat sink 37 (mainly AlN is used) using die bonding.
(2) Next, the heat sink 37 is soldered to the center of the TO-CAN package 13 using die bonding.
(3) The high-frequency circuit board 32, the chip resistor 35 of 40Ω to 45Ω, the monitor PD 33, and the thermistor 36 are mounted in the TO-CAN package 13 as shown in FIGS. 20 and 21 using silver paste or solder.
(4) The high frequency circuit board 32 and the coaxial pin 22 are soldered.
(5) The high frequency circuit board 32, the DML 31 (LD unit 31a), the 40Ω to 45Ω chip resistor 35, the monitor PD 33, and the like are wired using the wire 67.
(6) Attach the lens cap 63 to the TO-CAN package 13 by seam welding.
(7) The optical fiber 64 is YAG welded to the TO-CAN package 13 after the lens cap 63 is welded.
(8) The FPC board 12 is connected as described above to the TO-CAN package 13 on which the elements are mounted after completing the steps up to (7).
本実施例1における、TO-CANパッケージ13内部の素子の配置について述べる。図22はRF信号の流れの模式図である。FPC基板12から伝送されてくるRF信号は、その後同軸ピン22→高周波回路基板32(TO-CANパッケージ13内部)→40Ω〜45Ωのチップ抵抗35→DML67という流れで伝送される。FPC基板12、同軸ピン22、高周波回路基板32のRF信号の線路(高周波信号線路)32aは全て50Ωに整合するように設計されている。半導体素子(DML31)の抵抗は一般に5〜10Ω程度であるから、50Ωに整合された高周波回路基板32から直接半導体素子(DML31)にワイヤ67を用いて結線すると、インピーダンスが急に50Ω→5Ω〜10Ωとなり大きな電気反射を誘発する。これを抑制するために半導体素子(DML31)の前に40Ω〜45Ω程度の抵抗35を置く。この抵抗35の値は、半導体素子(DML31)と抵抗35、そして結線に用いたワイヤ67の抵抗が合計で50Ωとなるように決定する。 The arrangement of elements inside the TO-CAN package 13 in the first embodiment will be described. FIG. 22 is a schematic diagram of the flow of the RF signal. The RF signal transmitted from the FPC board 12 is then transmitted in the order of coaxial pin 22 → high frequency circuit board 32 (inside the TO-CAN package 13) → chip resistance 35 of 40Ω to 45Ω → DML 67. The RF signal lines (high-frequency signal lines) 32a of the FPC board 12, the coaxial pin 22, and the high-frequency circuit board 32 are all designed to match 50Ω. Since the resistance of the semiconductor element (DML 31) is generally about 5 to 10Ω, when the wire 67 is directly connected to the semiconductor element (DML 31) from the high-frequency circuit board 32 matched to 50Ω, the impedance suddenly increases from 50Ω to 5Ω. It becomes 10Ω and induces a large electric reflection. In order to suppress this, a resistor 35 of about 40Ω to 45Ω is placed in front of the semiconductor element (DML 31). The value of the resistor 35 is determined so that the total resistance of the semiconductor element (DML 31), the resistor 35, and the wire 67 used for connection is 50Ω.
本発明においては、従来技術において最も特性を劣化させていたFPC基板12と同軸ピン22の接続部の劣化を、空気ギャップを0mm〜0.1mmとすることで抑制している。そのため、40Gb/sのRF信号を劣化の少ない状態で、高周波回路基板32まで伝送できている。これに加えて、前述した、40Ω〜45Ωの抵抗35とDML31の結線方法を用いることで、良好な特性を得ることができる。 In the present invention, the deterioration of the connecting portion between the FPC board 12 and the coaxial pin 22 that has deteriorated the characteristics most in the prior art is suppressed by setting the air gap to 0 mm to 0.1 mm. Therefore, a 40 Gb / s RF signal can be transmitted to the high frequency circuit board 32 with little deterioration. In addition to this, good characteristics can be obtained by using the connection method of the resistor 35 of 40Ω to 45Ω and the DML 31 described above.
図23はDML31の前に置く抵抗35の値と空気ギャップ(Z[mm])が、S11特性(40GHzにおける)に与える影響を示している。結果はすべて計算結果である。空気ギャップを0〜0.1mm以下になるようにFPC基板12とTO-CANパッケージ13を接続し、かつDML31の前の抵抗35を35Ω〜48Ωとすれば40GHzにおけるS11特性が−15dB以下におさえられることを示している。 FIG. 23 shows the influence of the value of the resistor 35 placed in front of the DML 31 and the air gap (Z [mm]) on the S 11 characteristics (at 40 GHz). All results are calculation results. If the FPC board 12 and the TO-CAN package 13 are connected so that the air gap is 0 to 0.1 mm or less, and the resistance 35 in front of the DML 31 is 35 Ω to 48 Ω, the S 11 characteristic at 40 GHz can be reduced to -15 dB or less. It is shown that.
以上より、空気ギャップを十分に小さく取る接続方法に加え、素子の抵抗を50Ωとなるようにあわせることで、全体のインピーダンスを50Ωに整合させ、良好な特性を得ることができることがわかる。 From the above, it can be seen that, in addition to the connection method that takes a sufficiently small air gap, the overall impedance can be matched to 50Ω and good characteristics can be obtained by matching the resistance of the element to 50Ω.
(実験結果)
図24は作製した本実施例1のTO-CANモジュール(光送信モジュール)の小信号応答特性を示す。前述のとおり、DML31がTO-CANパッケージ13の内部に搭載されており、DML31の前には40Ωの抵抗35を配置した。図23には同特性を有する素子のみの結果も示す。TO-CANモジュール(光送信モジュール)のE/O 3dB帯域は29GHzで、素子のみの35GHzに比べ遜色の無い値を示している。このように高価なコネクタと高価な積層セラミックのパッケージを用いずに、TO-CANパッケージ13とFPC基板12の構成で、40Gb/s動作可能な良好な特性を確保することができた。
(Experimental result)
FIG. 24 shows the small signal response characteristics of the manufactured TO-CAN module (optical transmission module) of the first embodiment. As described above, the DML 31 is mounted inside the TO-CAN package 13, and a 40Ω resistor 35 is disposed in front of the DML 31. FIG. 23 also shows the results of only elements having the same characteristics. The E-O 3dB bandwidth of the TO-CAN module (optical transmission module) is 29GHz, which is inferior to that of the 35GHz device alone. Thus, it was possible to secure good characteristics capable of 40 Gb / s operation with the configuration of the TO-CAN package 13 and the FPC board 12 without using an expensive connector and an expensive multilayer ceramic package.
図25に作製したTO-CANモジュールの40Gb/s変調特性を示す。高周波電気信号としては40Gb/s、NRZ、PRBS231-1を用いた。1.3mm直接変調レーザ(DFBレーザ)搭載のTO-CANモジュール13に対し、明瞭な40Gb/s変調波形を確認した。光出力及び消光比も十分な値を確認した。 FIG. 25 shows the 40 Gb / s modulation characteristics of the manufactured TO-CAN module. As a high-frequency electric signal, 40 Gb / s, NRZ, PRBS2 31 -1 was used. A clear 40 Gb / s modulation waveform was confirmed for the TO-CAN module 13 equipped with a 1.3 mm direct modulation laser (DFB laser). The light output and extinction ratio were confirmed to be sufficient values.
[実施例2]
図26に本発明の実施例2の光送信モジュールの構成を示した。本実施例2では、実施例1に対して以下の1点を変更した。即ち、DML31の直前に置くチップ抵抗35と高周波回路基板32の構成を変更した。
本実施例2では高周波回路基板32に40Ω〜45Ωの抵抗部81を埋め込んだ。抵抗部81とワイヤ67とDML31の特性インピーダンスを50Ωとする。高周波回路基板32の高周波信号線路32aは一般にAu材料をフォトリソグラフィーを用いてパターンニングして形成する。抵抗部81はTa2N金属を同様に高周波回路基板32上に形成する。抵抗部81の抵抗値は大きくはTa2Nの膜厚で変化させ、その後パターン寸法で微調整する。例えば、40Ωの抵抗部81を埋め込む場合を考える。Ta2Nの膜厚をまず抵抗値が100Ω/□(面積辺りの抵抗値の意味)になるように形成する。その後、L2を例えば0.3mmとする。L1は自動的に面積辺りの抵抗値から考えて0.12mmとなる。よってL1とL2の値を変化させることで抵抗値を変化させることができる。
[Example 2]
FIG. 26 shows the configuration of the optical transmission module according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the following one point is changed from the first embodiment. That is, the configuration of the chip resistor 35 and the high-frequency circuit board 32 placed immediately before the DML 31 is changed.
In the second embodiment, a resistance portion 81 of 40Ω to 45Ω is embedded in the high frequency circuit board 32. The characteristic impedance of the resistance unit 81, the wire 67, and the DML 31 is set to 50Ω. The high-frequency signal line 32a of the high-frequency circuit board 32 is generally formed by patterning an Au material using photolithography. Resistor 81 is similarly formed of Ta 2 N metal on high-frequency circuit board 32. The resistance value of the resistance portion 81 is largely changed by the film thickness of Ta 2 N, and then finely adjusted by the pattern dimension. For example, consider a case where a 40Ω resistor 81 is embedded. First, the film thickness of Ta 2 N is formed so that the resistance value becomes 100Ω / □ (meaning the resistance value per area). Thereafter, L 2 is set to 0.3 mm, for example. L 1 automatically becomes 0.12 mm in consideration of the resistance value around the area. Therefore, the resistance value can be changed by changing the values of L 1 and L 2 .
本実施例2では、実施例1のチップ抵抗35をDML31の前に置く構成に比べ、素子を配置する際の作業が単純になる上、ワイヤ67の本数を減らすことができる利点がある。そのためワイヤ67でのインピーダンスの不整合を抑制でき、電気特性の向上が期待される。
さらに抵抗部81をDML31から離して配置することができるために、発熱の影響を実施例1に比べ抑えることができる。発熱の影響を抑えることができればDML31を低い温度で動作させることができ、高い出力特性を得ることができる。
In the second embodiment, compared to the configuration in which the chip resistor 35 of the first embodiment is placed in front of the DML 31, there is an advantage that the work for arranging the elements is simplified and the number of wires 67 can be reduced. Therefore, impedance mismatch at the wire 67 can be suppressed, and an improvement in electrical characteristics is expected.
Furthermore, since the resistance portion 81 can be arranged away from the DML 31, the influence of heat generation can be suppressed compared to the first embodiment. If the influence of heat generation can be suppressed, the DML 31 can be operated at a low temperature, and high output characteristics can be obtained.
[実施例3]
(構造)
図27には本発明の実施例3の光送信モジュールの構成図を示す。実施例1(図20)では硬い金属の台61の上にFPC基板12を置く構成にしたが、図27に示すように本実施例3ではFPC基板12のみとした。FPC基板12を実施の形態例で述べたようにTO−CANパッケージ13に接続した構造図を図28に示す。DML31を駆動するための電気の配線は、RF信号をFPC基板12に形成されたRF信号線路に導通するようにした。DC成分の供給は、FPC基板12の下側のDC配線基板から行った。DCピン23の配置に関しては実施の形態例で述べたようにした。TO−CANパッケージ13の内部の構成は、実施例1と同じである。
[Example 3]
(Construction)
FIG. 27 shows a configuration diagram of an optical transmission module according to Embodiment 3 of the present invention. In the first embodiment (FIG. 20), the FPC board 12 is placed on the hard metal base 61. However, in the third embodiment, only the FPC board 12 is used as shown in FIG. FIG. 28 shows a structural diagram in which the FPC board 12 is connected to the TO-CAN package 13 as described in the embodiment. The electrical wiring for driving the DML 31 is configured to conduct the RF signal to the RF signal line formed on the FPC board 12. The DC component was supplied from the DC wiring board on the lower side of the FPC board 12. The arrangement of the DC pin 23 is as described in the embodiment. The internal configuration of the TO-CAN package 13 is the same as that of the first embodiment.
(寸法)
FPC基板12はLCP材料で作製した。FPC基板12の厚さは0.05mmで長さは10mmとした。FPC基板12の接続部の寸法は図29に示した。即ち、RF信号線路26における同軸ピン22との接続部26aの幅は0.3mm、そして接続部26aから離れたところのRF信号線路26の幅は0.1mmとした。実施の形態例で述べたとおり、空気ギャップが特性に大きな影響を与えるため、図28の構造図のように空気ギャップがゼロになるようにFPC基板12とTO-CANパッケージ13を接続した。
(Size)
The FPC substrate 12 was made of LCP material. The thickness of the FPC board 12 was 0.05 mm and the length was 10 mm. The dimensions of the connecting portion of the FPC board 12 are shown in FIG. That is, the width of the connection part 26a with the coaxial pin 22 in the RF signal line 26 is 0.3 mm, and the width of the RF signal line 26 away from the connection part 26a is 0.1 mm. As described in the embodiment, since the air gap greatly affects the characteristics, the FPC board 12 and the TO-CAN package 13 are connected so that the air gap becomes zero as shown in the structural diagram of FIG.
LCP材料のセラミック材料に対する優位性は実施の形態例で述べた通りである。
本実施例3の実施例1に対する優位性は部品点数を減らしコストを削減したことと、10Gb/s技術のとの互換性を生むことである。実施例1に比べると、電気的GND強度(実施例1では厚みの有る硬い金属の台61全体がGNDに落ちているが、本実施例2では裏面のメタライズした部分しかGNDとして働かないため)が弱いために電気特性が下がる。しかしながら、特性劣化の最大要因である空気ギャップを抑制しているため、40Gb/s動作においても明瞭な光のアイ波形を得ることができた。
The superiority of the LCP material over the ceramic material is as described in the embodiment.
The advantage of the third embodiment over the first embodiment is that the number of parts is reduced and the cost is reduced, and compatibility with the 10 Gb / s technology is produced. Compared to the first embodiment, the electrical GND strength (in the first embodiment, the entire thick metal base 61 falls to the GND, but in the second embodiment, only the metallized portion on the back surface serves as the GND) The electrical characteristics are lowered due to weakness. However, since the air gap, which is the biggest cause of characteristic deterioration, is suppressed, a clear optical eye waveform can be obtained even at 40 Gb / s operation.
[実施例4]
(構造)
図30には本発明の実施例4の光送信モジュールの構造図を示す。実施例3とは異なり、本実施例4ではDML31を駆動するための電気信号をRF信号成分(Vpp)とDC信号成分(ILD)に分けて入力する。図30のようにRF信号成分(Vpp)は、実施例1〜3のRF信号成分と同様に、FPC基板12から同軸ピン22を通り、TO-CANパッケージ13の内部の光半導体素子(DML31)に給電される。DC信号成分(ILD)は、実施例1及び実施例2のDFBレーザ部31bに注入した電流と同様にTO-CANパッケージ13のDCピン23を通して導通し、その後ワイヤ67を用いて光半導体素子(DML31)まで給電される。DCピン32は実施の形態例で述べたのと同様に配置する。図32にはRF信号Vppで変動させる電流ILDを示す。
[Example 4]
(Construction)
FIG. 30 shows a structural diagram of an optical transmission module according to the fourth embodiment of the present invention. Unlike the third embodiment, in the fourth embodiment, an electric signal for driving the DML 31 is divided into an RF signal component (Vpp) and a DC signal component (I LD ). As shown in FIG. 30, the RF signal component (Vpp) passes through the coaxial pin 22 from the FPC board 12 and the optical semiconductor element (DML 31) inside the TO-CAN package 13 in the same manner as the RF signal components of the first to third embodiments. Is supplied with power. The DC signal component (I LD ) is conducted through the DC pin 23 of the TO-CAN package 13 in the same manner as the current injected into the DFB laser unit 31b of the first and second embodiments, and then the optical semiconductor element using the wire 67 Power is supplied to (DML31). The DC pin 32 is arranged in the same manner as described in the embodiment. FIG. 32 shows the current I LD that varies with the RF signal Vpp.
本実施例4は実施例3と比べ、RF信号成分(Vpp)とDC信号成分(ILD)を分けて入力するために、40Ω〜45Ωの抵抗35を通過する電流量を低減でき、抵抗35で発生する熱量を大幅に削減できる。40〜45Ωの抵抗35で発生する熱を抑えることで、熱伝導して光半導体素子(DML31)の温度が上昇することを抑え、結果として動作時の光半導体素子(DML31)の温度を下げることができる。動作時の光半導体素子(DML31)の温度が下がると、光半導体素子(DML31)の閾値電流を下げることができ、出力も向上するため優位な特性が得られる。 Compared with the third embodiment, the fourth embodiment can input the RF signal component (Vpp) and the DC signal component (I LD ) separately, so that the amount of current passing through the resistor 35 of 40Ω to 45Ω can be reduced. Can greatly reduce the amount of heat generated in By suppressing the heat generated by the resistance 35 of 40 to 45Ω, the temperature of the optical semiconductor element (DML 31) is prevented from increasing due to heat conduction, and as a result, the temperature of the optical semiconductor element (DML 31) during operation is decreased. Can do. When the temperature of the optical semiconductor element (DML 31) during operation is lowered, the threshold current of the optical semiconductor element (DML 31) can be lowered and the output is improved, so that superior characteristics can be obtained.
なお、光送信モジュール(TO-CANモジュール)における部品などの寸法は、部品がTO-CANパッケージ13内に収まれば実施例に示した以外の寸法であっても良い。
また、上記の実施の形態例や各実施例ではFPC基板12の基板材料としてLCPを用いたが、それ以外の材料をFPC基板12の基板材料として用いても良い。
また、上記の実施の形態例及び各実施例では40Gb/s動作を目的にしたが、本発明は25Gb/s〜100Gb/sの高周波帯での適用も可能である。
It should be noted that the dimensions of the components in the optical transmission module (TO-CAN module) may be dimensions other than those shown in the embodiment as long as the components fit in the TO-CAN package 13.
Moreover, although LCP is used as the substrate material of the FPC board 12 in the above embodiment and each example, other materials may be used as the substrate material of the FPC board 12.
Moreover, although the above embodiment and each example are aimed at 40 Gb / s operation, the present invention can be applied in a high frequency band of 25 Gb / s to 100 Gb / s.
本発明はTO-CANパッケージとFPC基板を用いた光送信モジュールに関するものであり、25Gb/s〜100Gb/s(例えば40Gb/s)のRF信号を低伝送損失・低反射損失でFPC基板からTO-CANパッケージ内部まで伝送することなどが可能な光送信モジュールを実現する場合に適用して有用なものである。 The present invention relates to an optical transmission module using a TO-CAN package and an FPC board, and an RF signal of 25 Gb / s to 100 Gb / s (for example, 40 Gb / s) can be transmitted from the FPC board with low transmission loss and low reflection loss. -It is useful when applied to the realization of an optical transmission module that can transmit to the inside of the CAN package.
1 光トランシーバの電気回路(PCB)
2 高周波ケーブル
3 高周波コネクタ
5 積層セラミックパッケージ
6 光送信モジュール
11 光送信モジュール
12 FPC基板
13 TO-CANパッケージ
13a TO-CANパッケージの底部
13b TO-CANパッケージの背面
21 半田付けする箇所
22 同軸ピン
23 DCピン
24 ガラス
25 半田付けする箇所
26 高周波信号線路(RF信号線路)
26a RF信号線路の接続部
27 直流信号線路
28 接地電極
31 直接変調レーザ(DML)
31a LD部
32 高周波回路基板
32a 高周波信号線路
33 モニタPD
35 40Ω〜45Ωのチップ抵抗
36 サーミスタ
37 ヒートシンク
41 発熱部
51 FPC基板
52 RF信号線路
61 金属の台
62 DC配線基板
63 レンズキャップ
64 光ファイバ
65 フェルールホルダー
66 フェルール
67 ワイヤ
81 40Ω〜45Ωの抵抗部
1. Electrical circuit of optical transceiver (PCB)
2 High-frequency cable 3 High-frequency connector 5 Multilayer ceramic package 6 Optical transmission module 11 Optical transmission module 12 FPC board 13 TO-CAN package 13a Bottom of TO-CAN package 13b Rear surface of TO-CAN package 21 Solder location 22 Coaxial pin 23 DC Pin 24 Glass 25 Location to be soldered 26 High-frequency signal line (RF signal line)
26a Connection part of RF signal line 27 DC signal line 28 Ground electrode 31 Direct modulation laser (DML)
31a LD section 32 high frequency circuit board 32a high frequency signal line 33 monitor PD
35 40Ω to 45Ω chip resistance 36 Thermistor 37 Heat sink 41 Heat generating part 51 FPC board 52 RF signal line 61 Metal base 62 DC wiring board 63 Lens cap 64 Optical fiber 65 Ferrule holder 66 Ferrule 67 Wire 81 Resistance part of 40Ω to 45Ω
Claims (7)
前記TO-CANパッケージの背面と、前記FPC基板の先端面とは、空気ギャップを介して配置され、前記TO-CANパッケージに配された同軸ピンと、前記FPC基板とは、平行になるように配置されており、
前記同軸ピンと前記FPC基板の間隔が、0以上0.1mm以下になるように、前記同軸ピンが、前記FPC基板の表面に配された高周波信号線路に接続され、
前記TO-CANパッケージに配された複数のDCピンが屈曲し、前記FPC基板の裏側に配された直流信号線路に接続され、
前記TO-CANパッケージの内部で前記同軸ピンが、前記TO-CANパッケージの内部に配された高周波回路基板に配された高周波信号線路に接続され、
高周波回路基板に配された前記高周波信号線路と、前記TO-CANパッケージ内部に配された抵抗と、前記TO-CANパッケージ内部に配された光半導体素子とが電気的に接続され、
前記FPC基板の表面に配された高周波信号線路から、前記同軸ピンと前記高周波回路基板に配された前記高周波信号線路と前記抵抗とを介して、前記光半導体素子に高周波電気信号を導通し、
前記抵抗の抵抗値が、40Ω以上45Ω以下であり、
前記複数のDCピンのうち前記同軸ピンから最も離れて位置するDCピン、及び、発熱部となる当該DCピンと前記直流信号線路との接続部を介して、前記光半導体素子に直流電流を導通する構成としたこと
を特徴とする光送信モジュール。 It has a TO-CAN package and an F PC board,
The back surface of the TO-CAN package and the front end surface of the FPC board are arranged via an air gap, and the coaxial pins arranged in the TO-CAN package and the FPC board are arranged in parallel. Has been
Spacing of the FPC substrate before and Symbol coaxial pins, so that the 0 or 0.1mm or less, the coaxial pins is connected to the high-frequency signal transmission line disposed on a surface of said FPC board,
A plurality of DC pins arranged in the TO-CAN package are bent and connected to a DC signal line arranged on the back side of the FPC board,
The coaxial pin inside the TO-CAN package is connected to a high-frequency signal line disposed on a high-frequency circuit board disposed inside the TO-CAN package,
The high-frequency signal line disposed on the high-frequency circuit board, the resistor disposed inside the TO-CAN package, and the optical semiconductor element disposed inside the TO-CAN package are electrically connected,
From the high-frequency signal line disposed on the surface of the FPC board, through the high-frequency signal line and the resistor disposed on the coaxial pin and the high-frequency circuit board, conducting a high-frequency electrical signal to the optical semiconductor element,
The resistance value of the resistor is 40Ω or more and 45Ω or less,
A direct current is conducted to the optical semiconductor element through a DC pin located farthest from the coaxial pin among the plurality of DC pins and a connecting portion between the DC pin serving as a heat generating portion and the DC signal line. An optical transmission module characterized by having a configuration.
前記FPC基板はLCP材料を用いて作成したものであることを特徴とする光送信モジュール。 The optical transmission module according to claim 1,
The optical transmission module, wherein the FPC board is made using an LCP material.
前記高周波回路基板に配された高周波信号線路が、第1のワイヤを介して前記抵抗に接続され、
前記抵抗が、第2のワイヤを介して前記光半導体素子に接続されていること
を特徴とする光送信モジュール。 The optical transmission module according to claim 1 or 2,
A high-frequency signal line disposed on the high-frequency circuit board is connected to the resistor via a first wire;
The optical transmission module, wherein the resistor is connected to the optical semiconductor element through a second wire.
前記抵抗と前記第2のワイヤと前記光半導体素子の特性インピーダンスが50Ωであることを特徴とする光送信モジュール。 The optical transmission module according to claim 3,
An optical transmitter module, wherein the resistor, the second wire, and the optical semiconductor element have a characteristic impedance of 50Ω.
前記抵抗が、前記高周波回路基板に配された高周波信号線路とともに配され、
前記高周波回路基板に配された前記高周波信号線路が、ワイヤを介して光半導体素子に接続されていること
を特徴とする光送信モジュール。 The optical transmission module according to claim 1 or 2,
The resistor is disposed together with a high-frequency signal line disposed on the high-frequency circuit board,
The optical transmission module, wherein the high-frequency signal line disposed on the high-frequency circuit board is connected to an optical semiconductor element through a wire.
前記抵抗と前記ワイヤと前記光半導体素子の特性インピーダンスが50Ωであることを特徴とする光送信モジュール。 The optical transmission module according to claim 5, wherein
An optical transmission module, wherein the resistor, the wire, and the optical semiconductor element have a characteristic impedance of 50Ω.
前記光半導体素子が直接変調レーザであることを特徴とする光送信モジュール。 In the optical transmission module according to any one of claims 1 to 6,
An optical transmission module, wherein the optical semiconductor element is a direct modulation laser.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011036139A JP5631774B2 (en) | 2011-02-22 | 2011-02-22 | Optical transmission module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011036139A JP5631774B2 (en) | 2011-02-22 | 2011-02-22 | Optical transmission module |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012174919A JP2012174919A (en) | 2012-09-10 |
JP5631774B2 true JP5631774B2 (en) | 2014-11-26 |
Family
ID=46977535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011036139A Expired - Fee Related JP5631774B2 (en) | 2011-02-22 | 2011-02-22 | Optical transmission module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5631774B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020240738A1 (en) * | 2019-05-29 | 2020-12-03 | 三菱電機株式会社 | Optical module |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR0181896B1 (en) * | 1996-09-14 | 1999-05-15 | 삼성전자주식회사 | Wide-band device of fast optical module |
JP4198410B2 (en) * | 2002-07-30 | 2008-12-17 | 三菱電機株式会社 | Optical semiconductor integrated device |
JP4586337B2 (en) * | 2002-08-26 | 2010-11-24 | 住友電気工業株式会社 | Semiconductor laser module and semiconductor laser device |
JP2004259962A (en) * | 2003-02-26 | 2004-09-16 | Kyocera Corp | Package for optical semiconductor element and optical semiconductor device |
JP4434627B2 (en) * | 2003-05-27 | 2010-03-17 | 京セラ株式会社 | Coaxial semiconductor laser module |
JP2004363360A (en) * | 2003-06-05 | 2004-12-24 | Mitsubishi Electric Corp | Optical transmitting and receiving module |
JP2005286305A (en) * | 2004-03-02 | 2005-10-13 | Mitsubishi Electric Corp | Optical semiconductor device |
JP4492280B2 (en) * | 2004-09-29 | 2010-06-30 | 日立電線株式会社 | Electronic component mounting structure and optical transceiver using the same |
JP2008268587A (en) * | 2007-04-20 | 2008-11-06 | Yamaichi Electronics Co Ltd | In-vehicle optical module |
JP2009004460A (en) * | 2007-06-19 | 2009-01-08 | Opnext Japan Inc | Optical communication module and forming method of wiring pattern |
JP5273600B2 (en) * | 2008-06-17 | 2013-08-28 | 日本オクラロ株式会社 | Optical semiconductor device |
-
2011
- 2011-02-22 JP JP2011036139A patent/JP5631774B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012174919A (en) | 2012-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6929113B2 (en) | Optical assemblies, optical modules, and optical transmission equipment | |
JP6438569B2 (en) | High frequency transmission line and optical circuit | |
JP4774920B2 (en) | Optical transceiver | |
JP5580994B2 (en) | Optical module | |
US6807065B2 (en) | Multilayer printed circuit board | |
JP4586337B2 (en) | Semiconductor laser module and semiconductor laser device | |
JP4058764B2 (en) | Communication module | |
JP2009510836A (en) | Optical transceiver module with double part molded leadframe connector | |
JP2005236298A (en) | Optical transmission subassembly | |
JP7249745B2 (en) | Optical subassemblies and optical modules | |
JP7245620B2 (en) | Optical subassemblies and optical modules | |
JP2021027136A (en) | Optical module | |
JP5631772B2 (en) | Optical transmission module | |
JP6228561B2 (en) | High frequency transmission line and optical circuit | |
CN101938882B (en) | High speed transmission circuit board connection structure | |
CN110794524B (en) | Optical subassembly and optical module | |
JP2007207803A (en) | Optical transmitting module | |
JP5631773B2 (en) | Optical transmission module | |
JP2009252918A (en) | Optical data link | |
JP2013197274A (en) | Optical module | |
JP5631774B2 (en) | Optical transmission module | |
JP6228560B2 (en) | High frequency transmission line and optical circuit | |
JP3823102B2 (en) | Optical transmission module | |
JP7187871B6 (en) | Optical modulator and optical transmitter | |
WO2024093058A1 (en) | Optical module |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130212 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7426 Effective date: 20130301 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131126 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131127 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140121 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140507 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140625 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20141007 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20141008 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5631774 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |