特許 7295634 光サブアッセンブリ及び光モジュール

(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】2023-06-13

(45)【発行日】2023-06-21

(54)【発明の名称】光サブアッセンブリ及び光モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/02315 20210101AFI20230614BHJP

   G02F 1/01 20060101ALI20230614BHJP

   H01L 31/02 20060101ALI20230614BHJP

   H01S 5/02212 20210101ALI20230614BHJP

【ＦＩ】

H01S5/02315

G02F1/01 F

H01L31/02 B

H01S5/02212

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2018235829

(22)【出願日】2018-12-17

(65)【公開番号】P2020098837

(43)【公開日】2020-06-25

【審査請求日】2021-11-16

(73)【特許権者】

【識別番号】301005371

【氏名又は名称】日本ルメンタム株式会社

(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】大和田 有軌

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１０８９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３３５５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０８８６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－００４８３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１９７３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１３４７４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１０８９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１０８９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１０８９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／１４０４７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－２８６４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２５３６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０４５２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０３３０１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３３２６６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０３７３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／２１９３１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０１５９７７３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特許第７２４９７４５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特許第７２４５６２０（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

Ｈ０１Ｌ ３１／００ － ３１／２０

Ｈ１０Ｋ ３０／００ － ３９／３８

Ｇ０２Ｆ １／００ － １／１２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の面と、前記第１の面の反対側に配置された第２の面と、前記第１の面から前記第２の面までを貫通する第１の貫通孔と、を含むアイレットと、
前記第１の貫通孔に挿入され、電気信号を伝送する第１のリード端子と、
前記第１の貫通孔と前記第１のリード端子との間に充填された誘電体と、
光信号と前記電気信号の少なくとも一方を他方に変換する光素子が搭載され、前記電気信号を前記光素子に伝送する第１の導体パターンを含む素子搭載基板と、
前記素子搭載基板が載置された金属ブロックと、
前記金属ブロックと前記アイレットとの間に配置された温調素子と、
前記電気信号を前記光素子に伝送する第２の導体パターンを含む中継基板と、
前記第１の面から前記第１の貫通孔の延伸方向に突出し、前記中継基板が載置される第３の面を含む台座と、
前記第３の面と前記中継基板との間に介在し、前記中継基板の裏面と前記台座とを導通させるスペーサと、を含み、
前記スペーサの一部が前記中継基板から露出し、前記金属ブロックと電気的に接続され、
前記スペーサの他の一部が前記中継基板から露出し、前記素子搭載基板の第１のグラウンドパターンと電気的に接続される、
光サブアッセンブリ。

【請求項2】

請求項１に記載の光サブアッセンブリであって、
前記第１のグラウンドパターンは、前記アイレットと同電位であり、
前記スペーサの一部を前記金属ブロックに接続する第１のボンディングワイヤと、
前記スペーサの他の一部を前記第１のグラウンドパターンに接続する第２のボンディングワイヤと、を更に含む、
光サブアッセンブリ。

【請求項3】

請求項２に記載の光サブアッセンブリであって、
前記スペーサは、
前記中継基板が載置される第４の面と、
前記台座に載置される第５の面と、
前記第５の面と交差し、前記第１の面と対向する第６の面と、
前記第６の面と交差し、前記第５の面と対向する第７の面と、を有し、
前記第６の面、前記第７の面は、前記中継基板から露出し、
前記第１のボンディングワイヤは、前記第６の面と接続され、
前記第２のボンディングワイヤは、前記第７の面と接続された、
光サブアッセンブリ。

【請求項4】

請求項３に記載の光サブアッセンブリであって、
前記スペーサは、
前記第４の面と前記第７の面との間には段差を有し、
前記第７の面と前記第５の面との距離が、前記第４の面と前記第５の面との距離よりも大きい、
光サブアッセンブリ。

【請求項5】

請求項３に記載の光サブアッセンブリであって、
前記スペーサは、
前記第４の面と前記第７の面との間を隔てる溝を有する、
光サブアッセンブリ。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれかに記載の光サブアッセンブリであって、
前記第１の貫通孔の直径が１ｍｍ以上である、
光サブアッセンブリ。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれかに記載の光サブアッセンブリであって、
前記温調素子はペルチェ素子であり、
前記第１の面に垂直な方向から見て、前記温調素子の少なくとも一部が、前記貫通孔の一部と重畳するよう配置された、
光サブアッセンブリ。

【請求項8】

請求項２に記載の光サブアッセンブリであって、
前記素子搭載基板が、前記第１のグラウンドパターンと前記金属ブロックとを電気的に接続する第１のキャスタレーションを有する、
光サブアッセンブリ。

【請求項9】

請求項２に記載の光サブアッセンブリであって、
前記第１の導体パターンと、前記第２の導体パターンと、を電気的に接続する第３のボンディングワイヤと、
前記中継基板に設けられた第２のグラウンドパターンと、前記金属ブロックと、を電気的に接続する第４のボンディングワイヤと、
を更に含み、
前記第３のボンディングワイヤは、前記第３の面に直交する方向から見て、前記第２のボンディングワイヤと、前記第４のボンディングワイヤと、の間に配置された、
光サブアッセンブリ。

【請求項10】

請求項１乃至９のいずれかに記載の光サブアッセンブリであって、
前記台座における前記第３の面に対向する裏面と、前記金属ブロックと、を接続する第５のボンディングワイヤを更に含む、
光サブアッセンブリ。

【請求項11】

請求項１乃至１０のいずれかに記載の光サブアッセンブリであって、
前記第３の面に直交する方向から見て、前記中継基板は、前記第１の面に平行な短辺において、グラウンド電位となる導体パターンを有していない、
光サブアッセンブリ。

【請求項12】

請求項１乃至１１のいずれかに記載の光サブアッセンブリであって、
前記第１の導体パターンと、前記第２の導体パターンと、を電気的に接続する第３のボンディングワイヤを更に含み、
前記第３のボンディングワイヤは、複数のボンディングワイヤを含む、
光サブアッセンブリ。

【請求項13】

請求項１乃至１２のいずれかに記載の光サブアッセンブリと、
プリント基板と、
前記プリント基板と前記光サブアッセンブリとに電気的に接続されるフレキシブル基板と、を備えた、
光モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光サブアッセンブリ及び光モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

現在、インターネットや電話ネットワークの大部分が光通信網によって構築されている。光通信機器であるルータ／スイッチや伝送装置のインターフェースとして使用される光モジュールは、電気信号を光信号に変換する重要な役割を担っている。光モジュールは、一般的に、光素子を収容した光サブアッセンブリと、変調電気信号を含む信号を処理するＩＣ等実装したプリント基板(以下、ＰＣＢ)と、その間を電気的に接続するフレキシブルプリント基板(以下、ＦＰＣ)を備えた形態をとる。

【0003】

近年では、光モジュールは高速化のみならず、低価格化への要求が著しく、低コストでかつ、高速光信号を送受信可能な光モジュールの需要が高まっている。例えば、上述のような要求を満たす光モジュールとして、例えば缶状のパッケージに内包される金属製ステムからＦＰＣ等に差し込むリード端子が突出した形態を有するＴＯ-ＣＡＮパッケージ型の光サブアッセンブリ等を用いることが知られている。金属製ステムは、略円盤形状のアイレットと、アイレットから突出するように設けられた台座と、を含んで構成されている。

【0004】

さらに、昨今ではＣＰＲＩ (Common Public Radio Interface)と呼ばれる無線基地局の制御部と無線部の間を繋ぐためのインターフェース規格の分野においても光モジュールの需要が増大している。ＣＰＲＩとは、無線基地局の無線制御部(Radio Equipment Control；ＲＥＣ)と，無線部(Radio Equipment；ＲＥ)を繋げるインターフェースの規格である。ＲＥＣでは，デジタル領域のベースバンド信号処理や制御・管理などを行い、ＲＥでは、アナログ領域の無線信号の増幅、変復調、フィルタリングなどを行う。ＲＥＣとＲＥ間を長距離伝送が可能な光信号で接続すると、ＲＥを基地局から離れたアンテナ直近の屋外設置スペースに使用することが可能となる。しかし、屋外設置に対応するには、厳しい温度環境でも動作する必要がある。そのため、市場要求による低価格化に加え、Ｉ－Ｔｅｍｐ（Industrial temperature range）と呼ばれる－４０～８５℃の広い温度範囲で動作することが求められる。

【0005】

以上の要請から、広い温度範囲で動作可能でかつ広帯域なＴＯ－ＣＡＮ型ＴＯＳＡ（Transmitter Optical Subassembly）の技術的要求は高い。しかしながら、５０Ｇｂｉｔ／ｓ級の高速動作が求められる昨今では、光源として適しているのは、電界吸収型（ＥＡ；Ｅｌｅｃｔｒｏ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）変調器集積レーザー(以下、ＥＭＬ)があげられるが、ＥＭＬは光吸収特性の温度依存性が大きく、ペルチェ素子などの温調素子と併用する構成が求められる。

【0006】

下記特許文献１においては、ペルチェ温調素子と光素子をＴＯ－ＣＡＮ型ＴＯＳＡモジュール内に内包させる構成が開示されている。また、下記特許文献１では、ペルチェ温調素子を内蔵するＴＯ－ＣＡＮ型ＴＯＳＡモジュールにおいて、ボンディングワイヤによって、光素子が搭載されるサブマウントのグラウンドを強化することによって、高周波特性を改善している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１１－１０８９３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上記従来の構成においては、光素子の実装スペースの確保と、特性インピーダンス整合と、の両立が困難となっていた。リード端子は台座上に配置された誘電体基板と直接接続されている。リード端子が挿入される貫通孔と、誘電体と、リード端子とで構成される同軸線路の特性インピーダンスを整合すべく、貫通孔の直径を大きくする場合、当該貫通孔を避けるよう形成された台座とリード端子との距離が大きくなってしまう。そのため、誘電体基板とリード端子とを直接接続させるためには、誘電体基板の厚みを大きくする必要がある。一方、誘電体基板における特性インピーダンスを整合させる上で、誘電体基板の厚みが大きくなる場合においては、誘電体基板に設ける導体パターンの線路幅を大きくする必要がある。導体パターンの線路幅が大きくなると、光素子の実装スペースが小さくなってしまう。そのため、光素子の実装スペースの確保と、特性インピーダンス整合と、の両立が困難となっていた。

【0009】

本開示は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、温調素子を含む光サブアッセンブリにおいて、光素子の実装スペースの確保と、特性インピーダンス整合と、を両立することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本開示に係る光サブアッセンブリは、第１の面と、前記第１の面の反対側に配置された第２の面と、前記第１の面から前記第２の面までを貫通する第１の貫通孔と、を含むアイレットと、前記第１の貫通孔に挿入され、電気信号を伝送する第１のリード端子と、前記第１の貫通孔と前記第１のリード端子との間に充填された誘電体と、光信号と前記電気信号の少なくとも一方を他方に変換する光素子が搭載され、前記電気信号を前記光素子に伝送する第１の導体パターンを含む素子搭載基板と、前記素子搭載基板が載置された金属ブロックと、前記金属ブロックと前記アイレットとの間に配置された温調素子と、前記電気信号を前記光素子に伝送する第２の導体パターンを含む中継基板と、前記第１の面から前記第１の貫通孔の延伸方向に突出し、前記中継基板が載置される第３の面を含む台座と、前記第３の面と前記中継基板との間に介在し、前記中継基板の裏面と前記台座とを導通させるスペーサと、を含む。

【0011】

また、本開示に係る光モジュールは、上記光サブアッセンブリと、プリント基板と、前記プリント基板と前記光サブアッセンブリとに電気的に接続されるフレキシブル基板と、を備える。

【発明の効果】

【0012】

本開示の光サブアッセンブリ及びそれを備えた光モジュールによれば、光素子の実装スペースの確保と、特性インピーダンス整合と、を両立することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は第１の実施形態に係る光モジュールの外観図である。

【図2】図２は第１の実施形態に係る光サブアッセンブリの内部構造を示す模式的な斜視図である。

【図3】図３は第１の実施形態に係る第１のボンディングワイヤを設ける場合と設けない場合の透過特性を３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳ（High Frequency Structure Simulator）を用いて計算したグラフである。

【図4】図４は第１の実施形態の他の実施例に係る光サブアッセンブリの内部構造を示す模式的な斜視図である。

【図5】図５は第１の実施形態に係るスペーサの構造を示す模式的な斜視図である。

【図6】図６は第１の実施形態の他の実施例に係る光サブアッセンブリの内部構造を示す模式的な斜視図である。

【図7】図７は第１の実施形態の他の実施例に係る光サブアッセンブリの内部構造を示す模式的な斜視図である。

【図8】図８は第１の実施形態の他の実施例に係る光サブアッセンブリの内部構造を示す模式的な斜視図である。

【図9】図９は図７、８に示した実施例の反射特性、及び透過特性を３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳ（High Frequency Structure Simulator）を用いて計算したグラフである。

【図10】図１０は第１の実施形態に係る光サブアッセンブリの断面構造を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本開示の第１の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。

【0015】

図１は、本実施形態における光通信用途の光モジュール１の外観図である。ＰＣＢ２００に搭載される駆動ＩＣ(図示せず)から、ＰＣＢ２００に半田等によって接続されるＦＰＣ３００を介し、光サブアッセンブリ１００に変調電気信号や制御信号等が伝達される。光サブアッセンブリ１００は、光素子を収容し、かつ出射光をもしくは入射光を送受するインターフェースを備えている。光サブアッセンブリ１００は、アイレット１２０と、光レセプタクル２を含む。なお、図示しないが光サブアッセンブリ１００、ＰＣＢ２００、そしてＦＰＣ３００は、金属製などの筐体に内蔵されて、光モジュール１は構成されている。

【0016】

図１０は、本実施形態における光サブアッセンブリ１００の断面構造を示す模式図である。図１０に示すように、本実施形態に係る光サブアッセンブリ１００は、光レセプタクル２と光パッケージ３とを含んでいる。そして、光レセプタクル２は、光レセプタクル本体２０と、スタブ２２と、スリーブ２４とを備えている。

【0017】

本実施形態に係る光レセプタクル本体２０は、一体的に形成された樹脂部材を含んで構成されており、円柱状の外形を有する光パッケージ収容部２０ｆと、光パッケージ収容部２０ｆの外径より小さな外径を有する概略円柱形状の光ファイバ挿入部２０ｄとを備えている。光パッケージ収容部２０ｆと光ファイバ挿入部２０ｄとは、それぞれの一端面同士が、連結されている。

【0018】

光パッケージ収容部２０ｆには、その外形状と同軸に円型の凹部２０ａが形成されており、円筒形をなしている。

【0019】

光レセプタクル本体２０には、光ファイバ挿入部２０ｄの先端面から、この光ファイバ挿入部２０ｄの外形状と同軸に延びて、光パッケージ収容部２０ｆに形成された凹部２０ａの底面に至る貫通孔２０ｂが形成されている。すなわち、光レセプタクル本体２０には、凹部２０ａと、凹部２０ａから外部に貫通する貫通孔２０ｂと、が形成されている。

【0020】

貫通孔２０ｂの内壁面の先端に形成されているテーパ部２０ｃは、その径が外側に向かって増加するテーパ形状である。そのため、光ファイバ５０を備えたコネクタを貫通孔２０ｂに挿入しやすいようになっている。

【0021】

光ファイバ挿入部２０ｄには、その外周に沿ってフランジ２０ｅが形成されている。

【0022】

スタブ２２は、ジルコニアなどを含んで構成されている。そして、スタブ２２は、光レセプタクル本体２０の光ファイバ挿入部２０ｄに形成されている貫通孔２０ｂとほぼ同径の概略円柱形状であり、スタブ２２と同軸の光ファイバ５０を保持している。そして、スタブ２２は光レセプタクル本体２０の光ファイバ挿入部２０ｄに圧入などにより挿入固定されている。スタブ２２の右側端面は斜め研磨されている。このようにして、光ファイバ５０から入力される光と、その反射光との干渉を防止している。

【0023】

光レセプタクル２のスタブ２２の左側側面は、外部から貫通孔２０ｂに挿入された光ファイバ５０を備えたコネクタ（図示せず）と当接されて、コネクタが備える光ファイバ５０と、スタブ２２が保持する光ファイバ５０との結合を行う。

【0024】

スリーブ２４は、ジルコニアなどで構成された割スリーブを含んで構成されている。そして、スリーブ２４の内径は、貫通孔２０ｂとほぼ同径の円筒形状をしており、光レセプタクル本体２０の内壁面に設けられた溝に埋め込まれている。このスリーブ２４によって、光ファイバ挿入部２０ｄに挿入される光ファイバ５０の、貫通孔２０ｂ内における位置の調整ができるようになっている。

【0025】

光パッケージ３は、球体のレンズ３０を備えている。また、光パッケージ３は、レンズ３０と略同径の開口が底面に形成された金属製の有底円筒状の部材であるレンズ支持部３２を備えている。レンズ支持部３２の開口は、レンズ支持部３２の底面の形状と同軸に形成されている。そして、レンズ３０はレンズ支持部３２の開口に嵌め込まれている。すなわち、レンズ支持部３２はレンズ３０を支持する。

【0026】

また、光パッケージ３は、上述したアイレット１２０、台座１２４と、を含むステムを備えている。

【0027】

光レセプタクル２の凹部２０ａとアイレット１２０の第１の面１２１との接合面を接着固定することで光サブアッセンブリ１００は組み立てられる。このとき、アイレット１２０に溶接されたレンズ支持部３２、このレンズ支持部３２に嵌め込まれたレンズ３０は、光レセプタクル２の凹部２０ａの中に入るように形成される。すなわち、レンズ３０やレンズ支持部３２は、光レセプタクル本体２０の凹部２０ａに収容される。なお、光レセプタクル２と光パッケージ３とを接着する方法はこの限りではない。

【0028】

光サブアッセンブリ１００の例としては、レーザダイオードやＥＭＬなどの発光素子を内部に有し、電気信号を光信号に変換して送信する光送信モジュール（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、受信した光信号を電気信号に変換する光受信モジュール（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。本願発明は、上記いずれの光サブアセンブリにも適用でき、本実施形態では光送信モジュールを例として説明する。

【0029】

図２は、本開示の第１の実施形態に係る光サブアッセンブリ１００の内部構造を示す模式的な斜視図である。光サブアッセンブリ１００は、例えば、直径５．６ｍｍの円盤形状をした、例えば金属からなる導電性のアイレット１２０を有する。アイレット１２０は、第１の面１２１と、第１の面１２１の反対側に配置された第２の面１２２と、を有する。また、アイレット１２０は、第１の面１２１から第２の面１２２までを貫通する第１の貫通孔１２３を有する。

【0030】

アイレット１２０の第１の貫通孔１２３には、電気信号を伝送（伝達）する第１のリード端子１１０が挿入されており、第１の貫通孔１２３と第１のリード端子１１０との間には、誘電体１３０が充填されている。誘電体１３０は例えばガラスなどである。このアイレット１２０、誘電体１３０、及び第１のリード端子１１０によって、同軸線路を形成している。以下、この同軸線路を「ガラス同軸部」という。

【0031】

また、光サブアッセンブリ１００は、アイレット１２０の第１の面１２１から第１の貫通孔１２３の延伸方向に突出する、例えば金属からなる導電性の台座１２４を含む。アイレット１２０と台座１２４とは一体形成されており、両者によりステムを構成している。

【0032】

台座１２４は、中継基板１５０が載置される第３の面１２５を含む。本開示の光サブアッセンブリ１００は光信号と電気信号の少なくとも一方を他方に変換する光素子１６０を備えており、中継基板１５０は、電気信号を当該光素子１６０に伝送する第２の導体パターン１５２を含む。また中継基板１５０は、誘電体基板上に第２の導体パターン１５２が形成された構成となっている。配線パターンを第１のリード端子１１０と第２の導体パターン１５２は、例えば金錫合金などからなる半田７０によって直接接続されている。

【0033】

本実施形態において、変調電気信号を伝送する第１のリード端子１１０は、図２に示すように、小径部１１４と、小径部１１４の端部に設けられ、小径部１１４よりも大きな直径を有する大径部１１５と、を含む。大径部１１５の少なくとも一部は、第１の面１２１側において、第１の面１２１から露出している。そして、大径部１１５と、中継基板１５０に載置された第２の導体パターン１５２とが、半田付けされている。例えば、第１のリード端子１１０の大径部１１５と中継基板１５０は、金錫合金などからなる半田７０によって接続されている。本実施形態における一構成例としては、小径部１１４の直径を０．２８ｍｍとし、大径部１１５の直径を０．４ｍｍとしている。また、ガラス同軸部の特性インピーダンスを５０オームに整合させるため、比誘電率εｒ＝４．１の低誘電ガラスを使用し、ガラス部の直径は１．３ｍｍとしている。このように、第１のリード端子１１０が大径部１１５を有する構成することにより、第１のリード端子１１０と中継基板１５０とが半田付けされた光モジュール１において、更なるインピーダンス整合を実現することができる。尚、第１のリード端子１１０と中継基板１５０との接続は、半田付けに限定されず、他のろう材による、ろう付け（ろう接）であっても構わない。

【0034】

なお、中継基板１５０の上面に形成された第２の導体パターン１５２が、この第１のリード端子１１０の大径部１１５と半田付けされる部分に幅広部であるスタブ１５３を有する構成とすることが望ましい。このような構成とすることにより、容量成分を増加させることができ、その結果、更なるインピーダンス整合を行うことが可能となる。また、第１のリード端子１１０と第２の導体パターン１５２との接続部において、中継基板１５０の搭載ばらつきが生じても、安定して半田接続ができ望ましい。

【0035】

図２に示すように、光素子１６０は素子搭載基板１４０に搭載される。なお、光素子１６０は、直接変調型レーザ、電界吸収型変調器集積型レーザ、及びレーザとマッハツェンダー変調器を組み合わせたもののいずれであってもよいが、本実施形態においては、光素子１６０として、電界吸収型変調器集積型レーザ（以下、ＥＭＬ）を使用する。

【0036】

本実施形態において、素子搭載基板１４０は、光素子１６０と近い熱膨張係数を持つ窒化アルミニウムなどのセラミックからなり、光素子１６０が、素子搭載基板１４０にダイボンディングされている。また、光素子１６０が搭載される素子搭載基板１４０の表面（搭載面）側には、光素子１６０に電気信号を伝送する伝送線路となる第１の導体パターン１４１が形成され、マイクロストリップ線路を構成している。第１の導体パターン１４１と第２の導体パターン１５２とは、第３のボンディングワイヤ１８３により接続されており、光素子１６０に伝送する電気信号が、第３のボンディングワイヤ１８３を介して中継基板１５０から素子搭載基板１４０へと伝送される。

【0037】

素子搭載基板１４０は、その裏面にもメタライズパターンを有しており、素子搭載基板１４０が載置される金属ブロック１９０と接続されている。また、金属ブロック１９０とアイレット１２０との間には温調素子１９２を配置している。本実施形態において、温調素子１９２としてペルチェ素子を用いている。

【0038】

なお、低速通信用途の光モジュールにおいては、ガラス同軸部の特性インピーダンスは、厳密に５０オームに整合する必要は無く、例えば３０オーム程度であってもよかった。例えば、リード端子径を０．２５ｍｍ、誘電体１３０の直径を０．８ｍｍとし、誘電体１３０として、比誘電率が６．７のガラスを用いることにより、ガラス同軸部を実現することができた。これは、低速用途においては、この特性インピーダンスであっても信号の伝送は可能であるため、小型化を優先していたためであった。しかし、例えば伝送レートが４０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高速通信用途の光モジュールにおいては、広帯域でかつ特性インピーダンスが５０オーム±１０オームに整合したＴＯ－ＣＡＮ型パッケージが必要になる。

【0039】

しかし、第１のリード端子１１０を保持する誘電体１３０であるガラスの比誘電率は４～７であり、ガラス同軸部の特性インピーダンスを５０オーム±１０オームに整合させるためには、物理的なスペースを必要としてしまう。例えば、比誘電率が６．７のガラスで５０オーム±１０オームに整合した同軸線路を設けるためには、直径が１ｍｍ以上に及ぶ第１の貫通孔１２３が必要となる。そのため、光モジュール１は自ずと、その制約を受けサイズが決定される。

【0040】

本実施形態においては、第３の面１２５に直交する方向において、第３の面１２５は、素子搭載基板１４０が載置される金属ブロック１９０の載置面よりもアイレット１２０の中心から離れた位置に配置されている。上述した事情から、ガラス同軸部の特性インピーダンスを５０オーム±１０オームに整合させる場合、例えば３０オームに整合させる場合と比較して、第１の貫通孔１２３の直径を大きくする必要がある。ここで、製造プロセス上、第１のリード端子１１０の延伸方向から見て、第１の貫通孔１２３と台座１２４とは重畳しないことが望ましい。即ち、第１のリード端子１１０の延伸方向から見て、第１の貫通孔１２３と台座１２４とを重畳させない構成とすることにより、台座１２４とアイレット１２０とを一体形成する場合において、第１の貫通孔１２３を形成しやすく望ましい。この第１の貫通孔１２３と台座１２４とを重畳させない構成を採用すると、大きな直径を有する第１の貫通孔１２３を避けるように台座１２４を設ける必要があるため、第１の貫通孔１２３を避けるように形成された台座１２４と第１のリード端子１１０との距離が大きくなってしまう。

【0041】

一方、誘電体基板である中継基板１５０と第１のリード端子１１０とを半田７０で直接接続させるためには、中継基板１５０と第１のリード端子１１０とを近づけて配置する必要がある。しかしながら、中継基板１５０と第１のリード端子１１０とを近づけるべく、中継基板１５０の厚みを大きくしてしまうと、中継基板１５０に形成する第２の導体パターン１５２の線路幅を大きくする必要がある。これは、中継基板１５０は、台座１２４とともに、特性インピーダンスが５０オーム±１０オームとなるマイクロストリップ線路を成す必要があるためである。例えば、中継基板１５０を構成する材料として窒化アルミニウムを用いた場合、その比誘電率は８．７であるため、例えば、中継基板１５０の厚みを０．５ｍｍとすると、第２の導体パターン１５２の線路幅は０．５ｍｍ幅とする必要があり、中継基板１５０自体を大きくすることが必要となる。中継基板１５０を大きくすると、素子搭載基板１４０を小さくせざるを得なくなり、光素子１６０の実装スペースが小さくなってしまう。

【0042】

この課題に対し、本実施形態においては、中継基板１５０と台座１２４の第３の面１２５との間に、スペーサ１７０を介在させ、このスペーサ１７０が、中継基板１５０の裏面と台座１２４とを導通させる構成としている。即ち、スペーサ１７０の上面にまで、台座１２４のグラウンド電位を持ち上げる構成としている。そのため、中継基板１５０の厚みを、例えば０．２ｍｍのように薄くすることが可能となる。その結果として、第１のリード端子１１０と接続される誘電体基板である中継基板１５０上に形成する第２の導体パターン１５２の線路幅が大きくなることを抑制することができる。本実施形態においては、中継基板１５０に形成する第２の導体パターン１５２の線路幅を０．２ｍｍとすることが可能となる。その結果として、中継基板１５０の大型化を抑制することができ、光素子１６０の実装スペースの確保と、特性インピーダンス整合との両立が可能となる。

【0043】

なお、図２に示すように、第１のリード端子１１０の延伸方向、あるいは第１の面１２１に直交する方向から見て、グラウンド導体を含むスペーサ１７０は、誘電体１３０と重畳する構成となっている。このスペーサ１７０としては、例えば窒化アルミニウムなどのセラミックで構成するとともに、このセラミック基板内に、複数の埋め込みビアホールを設けることによって、スペーサ１７０の表裏を導通させる構成としてもよい。あるいは厚み０．３ｍｍから０．６ｍｍ程度の金属板によりスペーサ１７０を構成してもよい。本実施形態においては、スペーサ１７０が金属板により構成された例について説明する。スペーサ１７０に金属板を用いることにより、加工費を低減することができる。

【0044】

図２に示すように、スペーサ１７０の表面の一部は、中継基板１５０と重畳せず露出している。中継基板１５０から露出するスペーサ１７０の一部は、金属ブロック１９０と第１のボンディングワイヤ１８１により電気的に接続されている。また、中継基板１５０から露出するスペーサ１７０の他の一部は、素子搭載基板１４０に設けられた第１のグラウンドパターン１４６と第２のボンディングワイヤ１８２により電気的に接続されている。このように、中継基板１５０から露出するスペーサ１７０の一部が、金属ブロック１９０と第１のボンディングワイヤ１８１により電気的に接続される構成とすることにより、高周波特性の改善を図ることができる。

【0045】

図３は、第１のボンディングワイヤ１８１を設ける場合と設けない場合の透過特性（Ｓ２１）を３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳ（High Frequency Structure Simulator）を用いて計算したグラフである。ここでは、ガラス同軸部の先端（アイレットの第２の面１２２側）から光素子１６０直前までの透過特性を示す。第１のボンディングワイヤ１８１を設けた構成例としては、図２に示した実施例を用いた。また、第１のボンディングワイヤ１８１を設けない構成例としては、図４に示すように、第３の面１２５に垂直な方向から見て、中継基板１５０Ａの短辺と長辺のそれぞれにキャスタレーション１４７を設け、このキャスタレーション１４７に接続された第２のグラウンドパターン１４８、第３のグラウンドパターン１４９を設けた例を用いた。第２のグラウンドパターン１４８、第３のグラウンドパターン１４９は、それぞれ素子搭載基板１４０に設けられた第１のグラウンドパターン１４６に、ボンディングワイヤ１８５、１８６によって接続されている。図４において、信号配線である第３のボンディングワイヤ１８３の両側は、グラウンド配線であるボンディングワイヤ１８５、１８６で挟まれており、中継基板１５０Ａと素子搭載基板１４０との間が、所謂ＧＳＧ（Ground-signal-ground）タイプにて接続された例を示す。

【0046】

図３に示すように、第１のボンディングワイヤ１８１を有する図２に示した構成の方が、第１のボンディングワイヤ１８１を有さない図４に示した構成と比べて、特に２０～３５ＧＨｚでの透過特性を著しく改善することができていることがわかる。これは、スペーサ１７０と、金属ブロック１９０との間の接続がより強固になっているためであると考えられる。

【0047】

ただし、図４に示す構成であっても、上述した、中継基板１５０Ａの大型化を抑制し、光素子１６０の実装スペースの確保と、特性インピーダンス整合と、を両立するという本願の改題を解決することができ、本願発明に含まれる構成であるということができる。

【0048】

なお、図２に示す構成は、上述した光素子１６０の実装スペースの確保と、特性インピーダンス整合との両立、及び高周波領域における透過特性の改善の他にも特筆すべき特徴を有する。

【0049】

まず、スペーサ１７０は、図５に示すようにＬ字形状を有しており、中継基板１５０が載置される第４の面１７４と、台座に載置される第５の面１７５とを有する。図５においては、第４の面１７４を上面、第５の面１７５を下面として表示している。また、スペーサ１７０は、第５の面１７５と交差し、図２に示したアイレット１２０の第１の面１２１と対向する第６の面１７６と、第６の面１７６と交差し、第５の面１７５と対向する第７の面１７７と、を有する。第６の面１７６は、アイレット１２０の第１の面１２１から最も離れた側面であり、第１のボンディングワイヤ１８１により金属ブロック１９０と接続される。また、第７の面１７７は、図５において第４の面１７４と共に上面として表示されており、図２に示したように、第２のボンディングワイヤ１８２により素子搭載基板１４０上の第１のグラウンドパターン１４６に接続される。なお、第７の面１７７は、第４の面１７４と共に上面として表示されているが、第４の面１７４は、その上面に中継基板１５０が載置されるのに対して、第７の面１７７の上面には、中継基板１５０が載置されない。

【0050】

そして、図２、５に示す例においては、スペーサ１７０が、第４の面１７４と第７の面１７７との間に段差を有し、第７の面１７７と第５の面１７５との距離が、第４の面１７４と第５の面１７５との距離よりも大きい構成としている。即ち、中継基板１５０が搭載される領域の厚みより、中継基板１５０が搭載されない領域の厚みが厚く、中継基板１５０が載置される側（図２においては上方）に突出する形状となっている。

【0051】

このように、スペーサ１７０をＬ字形状とし、アイレット１２０に最も近い側面１７８（図５参照）よりも、金属ブロック１９０と第１のボンディングワイヤ１８１により接続される第６の面１７６の面積を大きくすることにより、小型の光サブアッセンブリ１００においても、第１のボンディングワイヤ１８１（図２参照）を設けやすい構成とすることができる。

【0052】

また、第７の面１７７において、第２のボンディングワイヤ１８２により第１のグラウンドパターン１４６と接続し、第７の面１７７に中継基板１５０が載置されない構成とすることにより、図４に示した構成と比較して、中継基板１５０を小型にすることができる。その結果として、製造工程における中継基板１５０の取り数を増やすことが可能となり、中継基板１５０のコスト削減を図ることが可能となる。

【0053】

即ち、図４に示した構成においては、ボンディングワイヤ１８５を介した第１のグラウンドパターン１４６とのグラウンド接続のために、中継基板１５０Ａの短辺にキャスタレーション１４７を設けるとともに、このキャスタレーション１４７に接続された第３のグラウンドパターン１４９を設ける必要があったが、図２に示す例においては、スペーサ１７０の第７の面１７７が第２のボンディングワイヤ１８２を介して第１のグラウンドパターン１４６と接続される構成とするため、図４に示したようなキャスタレーション１４７と第３のグラウンドパターン１４９を設ける必要がなく、中継基板１５０の小型化、及びコスト削減を図ることが可能となる。

【0054】

更に、図３に示した結果からも明らかなように、図４に示す中継基板１５０の長辺に配置されたキャスタレーション１４７、第２のグラウンドパターン１４８、及びボンディングワイヤ１８６を設けずとも優れた高周波特性を実現することができているため、キャスタレーション１４７、第２のグラウンドパターン１４８、及びボンディングワイヤ１８６を形成する工程を設ける必要がなく、更なる中継基板１５０のコスト削減を図ることが可能となる。

【0055】

また、中継基板１５０が搭載される領域の厚みより、中継基板１５０が搭載されない領域の厚みが厚く、中継基板１５０が載置される側（図２においては上方）に突出する形状とすることにより、中継基板１５０をスペーサ１７０に実装する際に使用する半田が第７の面１７７に流れ込むことを抑制することができ、第２のボンディングワイヤ１８２とスペーサ１７０との間の接続信頼性を向上させることが可能となる。即ち、第７の面１７７の平坦性を担保することができるため、安定したワイヤボンディングを行うことが可能となり、歩留まりの改善も図ることが可能となる。

【0056】

なお、図２に示す構成においては、第１の面１２１に垂直な方向から見て、温調素子１９２であるペルチェ素子の少なくとも一部が、第１の貫通孔１２３の一部と重畳する構成としている。このような構成とすることにより、上述したように、高速通信用途に耐えるべく第１の貫通孔１２３の直径が例えば１ｍｍ以上に大径化するような構成においても、アイレット１２０における温調素子１９２の配置領域を確保することが可能となる。

【0057】

また、図２に示す構成においては、素子搭載基板１４０の端部には、第１のグラウンドパターン１４６と金属ブロック１９０とを電気的に接続する第１のキャスタレーション１４４を設けている。この第１のキャスタレーション１４４が、金属ブロック１９０と第１のグラウンドパターン１４６とのグラウンドを強固に接続している。

【0058】

なお、図２を用いて上述した通り、スペーサ１７０が、第４の面１７４と第７の面１７７との間に段差を有し、第７の面１７７と第５の面１７５との距離が、第４の面１７４と第５の面１７５との距離よりも大きい構成とすることにより、中継基板１５０をスペーサ１７０に実装する際に使用する半田が第７の面１７７に流れ込むことを抑制することができるが、この効果は他の実施例においても得ることができる。

【0059】

図６は、本実施形態に係る光サブアッセンブリ１００の他の実施例を示す模式的な斜視図である。例えば、図６に示すように、スペーサ１７０が、中継基板１５０が載置される第４の面１７４と、中継基板１５０が載置されない第７の面１７７との間を隔てる溝１７１を有する形状となっている。その結果として、中継基板１５０をスペーサ１７０に実装する際に使用する半田が第７の面１７７に流れ込むことを抑制することができ、第２のボンディングワイヤ１８２とスペーサ１７０との間の接続信頼性を向上させることが可能となる。即ち、第７の面１７７の平坦性を担保することができるため、安定したワイヤボンディングを行うことが可能となり、歩留まりの改善も図ることが可能となる。

【0060】

ただし、図２に示したように、スペーサ１７０が、第４の面１７４と第７の面１７７との間に段差を有し、第７の面１７７と第５の面１７５との距離が、第４の面１７４と第５の面１７５との距離よりも大きい構成とする方が、図６に示した構成と比較して、第２のボンディングワイヤ１８２を短くすることができる。即ち、第７の面１７７が、第５の面１７５よりも、中継基板１５０が載置される側（図２においては上方）に突出する形状となっている分、第２のボンディングワイヤ１８２を短くすることができ、低インピーダンスを実現する上で望ましい。

【0061】

また、上述した通り、図２、５に示す構成であれば、アイレット１２０に最も近い側面１７８よりも、金属ブロック１９０と第１のボンディングワイヤ１８１により接続される第６の面１７６の面積が大きい構成となっているため、図６に示した構成と比較して、第１のボンディングワイヤ１８１を設けやすい構成とすることができる。ただし、図６に示した実施形態では、スペーサ１７０の形状の簡略化、及び全体体積の低減を図ることができるために、スペーサ１７０の形状がＬ字形状である図２、５に示した実施形態と比べて、コスト面に関して有利となる。

【0062】

なお、グラウンドを強化し、高周波特性の更なる向上を図るのであれば、図７、８に示す構成を採用することも有効である。

【0063】

図７は、本実施形態に係る光サブアッセンブリ１００の他の実施例を示す斜視図であり、素子搭載基板１４０における素子搭載面側から見た斜視図である。図８は、本実施形態に係る光サブアッセンブリ１００の他の実施例を示す斜視図であり、金属ブロック１９０における素子搭載基板１４０が載置されていない面側から見た斜視図である。

【0064】

図７に示す構成例においては、図２に示した構成例に加えて、中継基板１５０に設けられた第２のグラウンドパターン１４８と金属ブロック１９０とを電気的に接続する第４のボンディングワイヤ１８４を更に含む構成としている。また、第１の導体パターン１４１と、第２の導体パターン１５２とを電気的に接続する第３のボンディングワイヤ１８３が、第３の面１２５に直交する方向から見て、第２のボンディングワイヤ１８２と、第４のボンディングワイヤ１８４と、の間に配置された構成としている。更に、図８に示す構成例においては、図２に示した構成例に加えて、台座１２４における第３の面１２５に対向する裏面１２６と金属ブロック１９０とを接続する第５のボンディングワイヤ１８７を更に含む構成としている。

【0065】

このような構成とすることにより、より安定的に高周波信号を伝送することが可能となる。図９は、図７に示した構成、及び図８に示した構成の双方を採用した実施例の反射特性（Ｓ１１、Ｓ２２）、及び透過特性（Ｓ２１）を３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳ（High Frequency Structure Simulator）を用いて計算したグラフである。図９で示すように、図７、８に示した構成を採用することにより、安定した高周波信号の伝送が可能になることがわかる。

【0066】

したがって、上記図９に示す結果から、安定した高周波信号の伝送を行う上では、スペーサ１７０と金属ブロック１９０とを第１のボンディングワイヤ１８１で接続するのみならず、第４のボンディングワイヤ１８４で接続すること、およびアイレット１２０から突出した台座１２４と金属ブロック１９０とを第５のボンディングワイヤ１８７で接続することにより、金属ブロック１９０のグラウンドが強化されることがわかる。また、第５のボンディングワイヤ１８７が複数のボンディングワイヤからなる構成とすることが望ましい。

【0067】

また、５０Ｇｂｉｔ／ｓ級の信号を伝達させるためには、素子搭載基板１４０上の第１の導体パターン１４１と、中継基板１５０上の第２の導体パターン１５２と、を接続する第３のボンディングワイヤ１８３が、複数のボンディングワイヤからなる構成とすることが望ましい。

【0068】

さらに、第１の導体パターン１４１と、第２の導体パターン１５２とを電気的に接続する第３のボンディングワイヤ１８３が、第３の面１２５に直交する方向から見て、第２のボンディングワイヤ１８２と、第４のボンディングワイヤ１８４と、の間に配置された構成とすることにより、第３のボンディングワイヤ１８３に寄生するインダクタンスを緩和することができ望ましい。

【0069】

なお、図２、６、７に示したように、第３の面１２５に垂直な方向から見て、中継基板１５０は第１のリード端子１１０の延伸方向と平行な長辺と、アイレット１２０の第１の面１２１に平行な短辺と、を有する長方形状をしている。ここで、中継基板１５０が、第１の面１２１に平行な短辺において、グラウンド電位となる導体パターンを有していない構成とすることが望ましい。このような構成とすることにより、中継基板１５０の長辺方向の長さを短くすることができ、中継基板１５０の小型化、コスト削減を図ることが可能となる。

【0070】

なお、図７に示す構成においては、中継基板１５０の長辺においては、第２のグラウンドパターン１４８を設けているが、短辺に導体パターンを設けるよりも、長辺に導体パターンを設ける構成とする方が、中継基板１５０の小型化を図る上で望ましい。なぜなら、上述したとおり、中継基板１５０上に設けられた第２の導体パターン１５２は、スタブ１５３を有する構成としている。中継基板１５０がスタブ１５３を有する構成においては、このスタブ１５３によって短辺方向のサイズが決定されるため、長辺に導体パターンを設けても短辺方向のサイズは大きく変わらず、中継基板１５０のサイズにはあまり影響しないためである。

【0071】

なお、本実施形態において、素子搭載基板１４０には、薄膜抵抗が蒸着されており、光素子１６０の直列抵抗によって、２５～７５オームで終端される構成としてもよい。

【0072】

なお、本明細書中では、金属円盤を表すアイレットという文言を使用したが、アイレット１２０が円盤形状であることに本質的な意味はなく、多角柱などのその他の形状であってもかまわない。

【0073】

なお、光サブアッセンブリ１００は、光素子１６０であるレーザダイオードへのバイアスや、後方出力をモニタするフォトダイオードへのバイアス、及びレーザ温度をモニタするためのサーミスタ端子を備えていてもよい。

【符号の説明】

【0074】

１ 光モジュール、２ 光レセプタクル、３ 光パッケージ、２０ 光レセプタクル本体、２０ａ 凹部、２０ｂ 貫通孔、２０ｃ テーパ部、２０ｄ 光ファイバ挿入部、２０ｅ フランジ、２０ｆ 光パッケージ収容部、２２ スタブ、２４ スリーブ、３０ レンズ、３２ レンズ支持部、５０ 光ファイバ、７０ 半田、１００ 光サブアッセンブリ、１１０ 第１のリード端子、１１４ 小径部、１１５ 大径部、１２０ アイレット、１２１ 第１の面、１２２ 第２の面、１２３ 第１の貫通孔、１２４ 台座、１２５ 第３の面、１２６ 裏面、１３０ 誘電体、１４０ 素子搭載基板、１４１ 第１の導体パターン、１４４ 第１のキャスタレーション、１４６ 第１のグラウンドパターン、１４７ キャスタレーション、１４８ 第２のグラウンドパターン、１４９ 第３のグラウンドパターン、１５０ 中継基板、１５０Ａ 中継基板、１５２ 第２の導体パターン、１５３ スタブ、１６０ 光素子、１７０ スペーサ、１７１ 溝、１７４ 第４の面、１７５ 第５の面、１７６ 第６の面、１７７ 第７の面、１７８ 側面、１８１ 第１のボンディングワイヤ、１８２ 第２のボンディングワイヤ、１８３ 第３のボンディングワイヤ、１８４ 第４のボンディングワイヤ、１８５ ボンディングワイヤ、１８６ ボンディングワイヤ、１８７ 第５のボンディングワイヤ、１９０ 金属ブロック、１９２ 温調素子、２００ ＰＣＢ、３００ ＦＰＣ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】