特許 7294948 光モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-12

(45)【発行日】2023-06-20

(54)【発明の名称】光モジュール

(51)【国際特許分類】

   H05K 1/14 20060101AFI20230613BHJP

   H01S 5/022 20210101ALI20230613BHJP

   H01L 31/02 20060101ALI20230613BHJP

   H04B 10/40 20130101ALI20230613BHJP

   H04B 10/60 20130101ALI20230613BHJP

【ＦＩ】

H05K1/14 C

H01S5/022

H01L31/02 B

H04B10/40

H04B10/60

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019151107

(22)【出願日】2019-08-21

(65)【公開番号】P2021034470

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2022-06-08

(73)【特許権者】

【識別番号】519283819

【氏名又は名称】ＣＩＧ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｊａｐａｎ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000154

【氏名又は名称】弁理士法人はるか国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】野口 大輔

(72)【発明者】

【氏名】山本 寛

【審査官】柴垣 宙央

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－４８８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１８２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１０５１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－９１２９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ １／１４

Ｈ０１Ｓ ５／０２２

Ｈ０１Ｌ ３１／０２

Ｈ０４Ｂ １０／４０

Ｈ０４Ｂ １０／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光信号及び電気信号を少なくとも一方から他方に変換するための、ステムを有する光サブアセンブリと、
互いに反対側の第１表面及び第２表面を有して中央部から互いに反対方向に延びる第１部分及び第２部分を有する絶縁フィルムと、前記第２表面にある第１グラウンドプレーンと、を含むフレキシブルプリント基板と、
互いに反対側の第３表面及び第４表面を有する絶縁層と、第２グラウンドプレーンと、を含むプリント回路基板と、
を有し、
前記光サブアセンブリは、前記ステムが前記中央部で前記第２表面に対向するように、前記フレキシブルプリント基板に接続され、
前記フレキシブルプリント基板は、少なくとも前記中央部で前記第２表面が外側を向くように屈曲し、
前記プリント回路基板は、前記第１部分及び前記第２部分の端部の間に介在して、前記フレキシブルプリント基板に接続され、
前記フレキシブルプリント基板の前記第１部分及び前記第２部分は、相互接触を避ける形状で立体交差するように屈曲して、それぞれ、前記第２表面で前記プリント回路基板に対向していることを特徴とする光モジュール。

【請求項2】

請求項１に記載された光モジュールであって、
前記フレキシブルプリント基板は、前記第１グラウンドプレーンに接続されている第１グラウンド端子を前記第２表面に有し、
前記プリント回路基板は、前記第２グラウンドプレーンに接続されている第２グラウンド端子を前記第３表面に有し、
前記第１グラウンド端子及び前記第２グラウンド端子が接続されていることを特徴とする光モジュール。

【請求項3】

請求項１又は２に記載された光モジュールであって、
前記フレキシブルプリント基板は、前記第１表面において前記中央部及び前記第１部分にある第１配線パターンと、前記第２表面において前記第１部分にあって前記第１配線パターンに接続されている第１端子と、を有し、
前記プリント回路基板は、第３配線パターンと、前記第３表面にあって前記第３配線パターンに接続されている第３端子と、を有し、
前記第１端子及び前記第３端子が接続されていることを特徴とする光モジュール。

【請求項4】

請求項３に記載された光モジュールであって、
前記第１グラウンドプレーンは、前記中央部及び前記第１部分にあって、前記第１配線パターンに重なり、
前記第１配線パターンは、高周波信号配線を含むことを特徴とする光モジュール。

【請求項5】

請求項３又は４に記載された光モジュールであって、
前記フレキシブルプリント基板は、前記第１表面において前記中央部及び前記第２部分にある第２配線パターンと、前記第２表面において前記第２部分にあって前記第２配線パターンに接続されている第２端子と、を有し、
前記プリント回路基板は、第４配線パターンと、前記第４表面にあって前記第４配線パターンに接続されている第４端子と、を有し、
前記第２端子及び前記第４端子が接続されていることを特徴とする光モジュール。

【請求項6】

請求項５に記載された光モジュールであって、
前記第２配線パターンは、直流信号配線を含むことを特徴とする光モジュール。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１項に記載された光モジュールであって、
前記絶縁フィルムの前記第１部分及び前記第２部分の一方は、開口又は切欠きを有することを特徴とする光モジュール。

【請求項8】

請求項７に記載された光モジュールであって、
前記第２部分は、前記開口又は前記切欠きを有し、
前記第１部分は、前記開口又は前記切欠きの内側を通るように位置していることを特徴とする光モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

光モジュールは、光サブアセンブリと、変調電気信号を出力する集積回路（ＩＣ）等を実装したプリント回路基板（ＰＣＢ）と、光サブアセンブリとＰＣＢを接続するフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）を有する（特許文献１及び２）。クロストークの影響を低減するために、ＦＰＣとＰＣＢの接続部では、配線レイアウトを工夫してグラウンドが強化されることがある（特許文献３及び４）。例えば、ＴＯ－ＣＡＮ（Transistor-Outline (TO)-CAN）パッケージ型の光サブアセンブリを用いる光モジュールが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００９－１０５１５７号公報

【文献】特開２０１１－９１２９５号公報

【文献】特開２００４－２４７９８０号公報

【文献】特開２０１０－２００２３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示されるように、ＦＰＣを光サブアセンブリから一方向に引き出すと、高周波信号配線が直流信号配線に接近して、高周波特性が悪化する。また、ＦＰＣとＰＣＢの接続部では、インピーダンスが高くならないことが望ましい。

【0005】

本発明は、高周波特性の悪化やインピーダンスの増加を防止することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）本発明に係る光モジュールは、光信号及び電気信号を少なくとも一方から他方に変換するための、ステムを有する光サブアセンブリと、互いに反対側の第１表面及び第２表面を有して中央部から互いに反対方向に延びる第１部分及び第２部分を有する絶縁フィルムと、前記第２表面にある第１グラウンドプレーンと、を含むフレキシブルプリント基板と、互いに反対側の第３表面及び第４表面を有する絶縁層と、第２グラウンドプレーンと、を含むプリント回路基板と、を有し、前記光サブアセンブリは、前記ステムが前記中央部で前記第２表面に対向するように、前記フレキシブルプリント基板に接続され、前記フレキシブルプリント基板は、少なくとも前記中央部で前記第２表面が外側を向くように屈曲し、前記プリント回路基板は、前記第１部分及び前記第２部分の端部の間に介在して、前記フレキシブルプリント基板に接続され、前記フレキシブルプリント基板の前記第１部分及び前記第２部分は、相互接触を避ける形状で立体交差するように屈曲して、それぞれ、前記第２表面で前記プリント回路基板に対向していることを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、第１グラウンドプレーンとプリント回路基板の間に、絶縁フィルムが介在しないので、高周波特性の悪化やインピーダンスの増加を防止することができる。

【0008】

（２）（１）に記載された光モジュールであって、前記フレキシブルプリント基板は、前記第１グラウンドプレーンに接続されている第１グラウンド端子を前記第２表面に有し、前記プリント回路基板は、前記第２グラウンドプレーンに接続されている第２グラウンド端子を前記第３表面に有し、前記第１グラウンド端子及び前記第２グラウンド端子が接続されていることを特徴としてもよい。

【0009】

（３）（１）又は（２）に記載された光モジュールであって、前記フレキシブルプリント基板は、前記第１表面において前記中央部及び前記第１部分にある第１配線パターンと、前記第２表面において前記第１部分にあって前記第１配線パターンに接続されている第１端子と、を有し、前記プリント回路基板は、第３配線パターンと、前記第３表面にあって前記第３配線パターンに接続されている第３端子と、を有し、前記第１端子及び前記第３端子が接続されていることを特徴としてもよい。

【0010】

（４）（３）に記載された光モジュールであって、前記第１グラウンドプレーンは、前記中央部及び前記第１部分にあって、前記第１配線パターンに重なり、前記第１配線パターンは、高周波信号配線を含むことを特徴としてもよい。

【0011】

（５）（３）又は（４）に記載された光モジュールであって、前記フレキシブルプリント基板は、前記第１表面において前記中央部及び前記第２部分にある第２配線パターンと、前記第２表面において前記第２部分にあって前記第２配線パターンに接続されている第２端子と、を有し、前記プリント回路基板は、第４配線パターンと、前記第４表面にあって前記第４配線パターンに接続されている第４端子と、を有し、前記第２端子及び前記第４端子が接続されていることを特徴としてもよい。

【0012】

（６）（５）に記載された光モジュールであって、前記第２配線パターンは、直流信号配線を含むことを特徴としてもよい。

【0013】

（７）（１）から（６）のいずれか１項に記載された光モジュールであって、前記絶縁フィルムの前記第１部分及び前記第２部分の一方は、開口又は切欠きを有することを特徴としてもよい。

【0014】

（８）（７）に記載された光モジュールであって、前記第２部分は、前記開口又は前記切欠きを有し、前記第１部分は、前記開口又は前記切欠きの内側を通るように位置していることを特徴としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態に係る光モジュールの上方斜視図である。

【図2】実施形態に係る光モジュールの下方斜視図である。

【図3】光サブアセンブリ、フレキシブルプリント基板及びプリント回路基板の接続構造の模式図である。

【図4】光サブアセンブリが接続されたフレキシブルプリント基板の展開図である。

【図5】フレキシブルプリント基板の第２表面を示す図である。

【図6】プリント回路基板の第３表面を示す図である。

【図7】プリント回路基板の第４表面を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、図面を参照して、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。全図において同一の符号を付した部材は同一又は同等の機能を有するものであり、その繰り返しの説明を省略する。なお、図形の大きさは倍率に必ずしも一致するものではない。

【0017】

図１は、実施形態に係る光モジュールの上方斜視図である。図２は、実施形態に係る光モジュールの下方斜視図である。光モジュール１００は、送信機能及び受信機能を有するトランシーバであり、ＱＳＦＰ２８（Quad Small Form Factor Pluggable 28）規格に適応しており、伝送レートは100Gbit/sであるが、他の規格や伝送レートでの使用を限定するものではない。

【0018】

光モジュール１００は、光サブアセンブリ１０、フレキシブルプリント基板１２及びプリント回路基板１４を含み、これらが図示しない筐体に収容されている。フレキシブルプリント基板１２及びプリント回路基板１４は、相互に接続されている。光サブアセンブリ１０とプリント回路基板１４は、フレキシブルプリント基板１２を介して接続されている。

【0019】

図３は、光サブアセンブリ１０、フレキシブルプリント基板１２及びプリント回路基板１４の接続構造の模式図である。光サブアセンブリ１０は、光信号及び電気信号を少なくとも一方から他方に変換するようになっている。光サブアセンブリ１０の例としては、レーザーダイオードなどの発光素子を内部に有して電気信号を光信号に変換して送信する光送信サブアセンブリ（TOSA; Transmitter Optical Subassembly）や内部にフォトダイオードに代表される受光素子を有して受信した光信号を電気信号に変換する光受信サブアセンブリ（ROSA; Receiver Optical Subassembly）や、これらの両方の機能を内包した双方向モジュール（BOSA；Bidirectional Optical Subassembly）などがある。

【0020】

プリント回路基板１４よりフレキシブルプリント基板１２を介して電気信号が光送信サブアセンブリへ伝送される。光受信サブアセンブリより電気信号がフレキシブルプリント基板１２を介してプリント回路基板１４へ伝送される。

【0021】

光サブアセンブリ１０はステム１６を有する。ステム１６は、導電材料から構成されて、グラウンド電位に設定されるようになっている。外部との電気信号の接続には、リード端子１８が使用される。リード端子１８は、ステム１６にあいた貫通孔（図示せず）を非接触で通るようになっており、高周波信号線路をグラウンド電位が取り囲むことで同軸線路が構成される。

【0022】

図４は、光サブアセンブリ１０が接続されたフレキシブルプリント基板１２の展開図である。フレキシブルプリント基板１２は、絶縁フィルム２０を有する。絶縁フィルム２０は、互いに反対側の第１表面２２及び第２表面２４（図５参照）を有する。絶縁フィルム２０は、中央部２６から互いに反対方向に延びる第１部分２８及び第２部分３０を有する。

【0023】

絶縁フィルム２０の第１部分２８及び第２部分３０の一方（例えば第２部分３０）は、開口３２又は切欠きを有する。図１又は図２に示すように、第１部分２８は、開口３２又は切欠きの内側を通るように位置している。これに対応して、開口３２又は切欠きは、第１部分２８の幅よりも大きくなっている。

【0024】

フレキシブルプリント基板１２は、第１表面２２において中央部２６及び第１部分２８に、第１配線パターン３４を有する。第１配線パターン３４は、高周波信号配線を含み、高周波信号配線のみであってもよいし、グラウンド電位に接続される配線を含んでもよいが、直流信号を通す配線は含まない。第１配線パターン３４は、中央部２６ではリード端子１８に接続される。詳しくは、第１配線パターン３４をリード端子１８が貫通し、はんだ３６によって両者が接合される（図３参照）。

【0025】

フレキシブルプリント基板１２は、第１表面２２において中央部２６及び第２部分３０にある第２配線パターン３８を有する。第２配線パターン３８は、直流信号配線を含み、直流信号配線のみであってもよいし、グラウンド電位に接続される配線を含んでもよいが、高周波信号を通す配線は含まない。第２配線パターン３８は、開口３２又は切欠きを挟むように配列された複数の配線３８ａから構成されてもよい。第２配線パターン３８は、中央部２６ではリード端子１８に接続される。詳しくは、第２配線パターン３８をリード端子１８が貫通し、はんだ３６によって両者が接合される（図３参照）。

【0026】

図５は、フレキシブルプリント基板１２の第２表面２４を示す図である。第２面２４は、二点鎖線で示す光サブアセンブリ１０が接続される面である。

【0027】

第２表面２４において、第１部分２８には、第１端子４０が設けられている。第１端子４０は、例えば絶縁フィルム２０を貫通するビアなどによって（図３参照）、第１表面２２にある第１配線パターン３４に接続されている。第１端子４０は、第１部分２８の、中央部２６から離れた端部にある。

【0028】

第２表面２４において、第２部分３０には、第２端子４２が設けられている。第２端子４２は、例えば絶縁フィルム２０を貫通するビアなどによって（図３参照）、第１表面２２にある第２配線パターン３８に接続されている。第２端子４２は、第２部分３０の、中央部２６から離れた端部にある。

【0029】

第２表面２４において、中央部２６及び第１部分２８には、第１グラウンドプレーン４４が形成されている。第１グラウンドプレーン４４の一部は、光サブアセンブリ１０（ステム１６）に重なっており、ステム１６と電気的に接続される。第２表面２４には、第１グラウンドプレーン４４に接続されている第１グラウンド端子４６がある。一対の第１グラウンド端子４６が、第１端子４０を挟んでいてもよい。第１グラウンドプレーン４４は、第１表面２２にある第１配線パターン３４に重なっている。これにより、マイクロストリップ線路やグランデッドコプレナ線路が構成される。

【0030】

図３に示すように、光サブアセンブリ１０は、フレキシブルプリント基板１２に接続されている。光サブアセンブリ１０のステム１６は、フレキシブルプリント基板１２の中央部２６で、第２表面２４に対向している。

【0031】

第２表面２４には、第１グラウンドプレーン４４があり、フレキシブルプリント基板１２のグラウンド電位を、ステム１６にロスなく伝達することができ、グラウンド導体間のインピーダンスを小さくすることができる。

【0032】

図３に示すように、フレキシブルプリント基板１２は、少なくとも中央部２６で第２表面２４が外側を向くように屈曲している。フレキシブルプリント基板１２の第１部分２８及び第２部分３０は、相互接触を避ける形状で立体交差するように屈曲している。言い換えると、第１部分２８及び第２部分３０は、第１表面２２又は第２表面２４に沿った方向に見て重なるように屈曲している。この屈曲形状は、図１又は図２に示すように、第２部分３０の開口３２又は切欠きの内側を第１部分２８が通っていることでなされる。

【0033】

図３に示すように、光モジュール１００は、プリント回路基板１４を有する。プリント回路基板１４は、絶縁層４８を有する。絶縁層４８は、互いに反対側の第３表面５０及び第４表面５２を有する。絶縁層４８が多層からなる場合、第３表面５０及び第４表面５２のそれぞれは最表面である。

【0034】

図６は、プリント回路基板１４の第３表面５０を示す図である。プリント回路基板１４は、第３配線パターン５４を有する。第３配線パターン５４には第３端子５６が接続されている。第３端子５６は第３表面５０に形成されており、第３配線パターン５４も第３表面５０に形成されている。

【0035】

第３配線パターン５４に高周波信号を伝送するため、プリント回路基板１４には、マイクロストリップ線路やグランデッドコプレナ線路が構成される。詳しくは、プリント回路基板１４は、第２グラウンドプレーン５８を有する。第３表面５０には、第２グラウンドプレーン５８に接続される第２グラウンド端子６０が設けられている。第２グラウンドプレーン５８は、図６に示すように、第３配線パターン５４に重なっている。

【0036】

図７は、プリント回路基板１４の第４表面５２を示す図である。プリント回路基板１４は、第４配線パターン６２を有する。第４表面５２には、第４配線パターン６２に接続される第４端子６４が設けられている。

【0037】

図３に示すように、プリント回路基板１４は、フレキシブルプリント基板１２に接続されている。プリント回路基板１４は、第１部分２８及び第２部分３０の端部の間に介在している。フレキシブルプリント基板１２（絶縁フィルム２０）の第１部分２８及び第２部分３０は、それぞれ、第２表面２４でプリント回路基板１４に対向している。

【0038】

フレキシブルプリント基板１２の第１グラウンド端子４６及びプリント回路基板１４の第２グラウンド端子６０が接続されている。接続には、はんだ６６が使用される。フレキシブルプリント基板１２の第２端子４２及びプリント回路基板１４の第４端子６４が接続されている。接続には、はんだ６６が使用される。さらに、フレキシブルプリント基板１２の第１端子４０（図５）及びプリント回路基板１４の第３端子５６（図６）が接続されている。接続には、はんだ（図示せず）が使用される。

【0039】

本実施形態によれば、第１グラウンドプレーン４４とプリント回路基板１４の間に、絶縁フィルム２０が介在しないので、高周波特性の悪化やインピーダンスの増加を防止することができる。また、フレキシブルプリント基板１２にグラウンド電位をロス無く伝達することができ、寄生インダクタンスを低減することができる。

【0040】

本実施形態では、フレキシブルプリント基板１２の第１グラウンドプレーン４４が、プリント回路基板１４及びステム１６の両方に対して、信号電流よりもグラウンド電位に近接するようになっている。なお、フレキシブルプリント基板１２は、第１部分２８及び第２部分３０に分離されてもよい。

【0041】

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。

【符号の説明】

【0042】

１０ 光サブアセンブリ、１２ フレキシブルプリント基板、１４ プリント回路基板、１６ ステム、１８ リード端子、２０ 絶縁フィルム、２２ 第１表面、２４ 第２表面、２６ 中央部、２８ 第１部分、３０ 第２部分、３２ 開口、３４ 第１配線パターン、３６ はんだ、３８ 第２配線パターン、３８ａ 配線、４０ 第１端子、４２ 第２端子、４４ 第１グラウンドプレーン、４６ 第１グラウンド端子、４８ 絶縁層、５０ 第３表面、５２ 第４表面、５４ 第３配線パターン、５６ 第３端子、５８ 第２グラウンドプレーン、６０ 第２グラウンド端子、６２ 第４配線パターン、６４ 第４端子、６６ はんだ、１００ 光モジュール。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】