特許 7454996 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】2024-03-14

(45)【発行日】2024-03-25

(54)【発明の名称】光モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/50 20060101AFI20240315BHJP

   H01L 33/00 20100101ALI20240315BHJP

   H01L 23/38 20060101ALI20240315BHJP

   H05K 1/14 20060101ALI20240315BHJP

【ＦＩ】

H01S5/50 630

H01L33/00 J

H01L23/38

H05K1/14 C

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020083403

(22)【出願日】2020-05-11

(65)【公開番号】P2021180210

(43)【公開日】2021-11-18

【審査請求日】2023-02-15

(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】八木 智規

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－１９１０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２８７４７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１２８６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０１８００１３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ５／００－ ５／５０

Ｈ０１Ｌ ３１／００－３１／０２

Ｈ０１Ｌ ３１／０８－３１／１０

Ｈ０１Ｌ ３１／１８

Ｈ０１Ｌ ３３／００

Ｈ０１Ｌ ３３／４８－３３／６４

Ｈ０４Ｂ １／７６－ ３／４４

Ｈ０４Ｂ ３／５０－ ３／６０

Ｈ０４Ｂ ７／００－ ７／０１５

Ｈ０５Ｋ １／００－ １／０２

Ｈ１０Ｋ ３０／６０－３０／６５

Ｈ１０Ｋ ３９／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１面及び第２面を有する導電性ブロックと、
前記導電性ブロックを絶縁状態で貫通し、前記第１面から突出する第１部分及び前記第２面から突出する第２部分をそれぞれが有する一対のリードと、
前記第１部分にそれぞれが接合されて相互に長さが異なる一対の第１配線が第１差動伝送線路として形成された第１基板と、
前記第２部分にそれぞれが接合されて相互に長さが異なる一対の第２配線が第２差動伝送線路として形成された第２基板と、
前記一対の第１配線に電気的に接続された、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光電素子と、
を有し、
前記一対の第１配線の長い方は、前記一対のリードの対応する１つを介して、前記一対の第２配線の短い方に電気的に接続され、
前記一対の第１配線の短い方は、前記一対のリードの対応する他の１つを介して、前記一対の第２配線の長い方に電気的に接続され、
前記第１基板の、前記一対の第１配線が形成された表面は、前記第１面に交差する方向に拡がり、
前記第２基板の、前記一対の第２配線が形成された表面は、前記第２面に沿って拡が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、
前記一対のリードは、それぞれ、第１方向に延び、前記第１方向に交差する第２方向に隣り合って並び、
前記一対の第１配線は、前記第２方向に隣り合って並び、
前記一対の第２配線は、前記第１方向及び前記第２方向のいずれにも交差する第３方向に前記一対のリードから引き出され、屈曲して、前記第２方向に沿った両方の向きの一方に延びていることを特徴とする光モジュール。

【請求項3】

請求項２に記載された光モジュールであって、
前記両方の向きの一方は、前記一対の第１配線の前記短い方から前記長い方への向きであることを特徴とする光モジュール。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載された光モジュールであって、
前記一対の第１配線は、それぞれ、同じ向きに屈曲する第１屈曲部を有し、前記第１屈曲部の外側にある一方が長くなっており、
前記一対の第２配線は、それぞれ、同じ向きに屈曲する第２屈曲部を有し、前記第２屈曲部の外側にある一方が長くなっていることを特徴とする光モジュール。

【請求項5】

請求項４に記載された光モジュールであって、
前記一対の第２配線は、前記一対のリードとの接合部に隣接して、前記第２屈曲部を有することを特徴とする光モジュール。

【請求項6】

第１面及び第２面を有する導電性ブロックと、
前記導電性ブロックを絶縁状態で貫通し、前記第１面から突出する第１部分及び前記第２面から突出する第２部分をそれぞれが有する一対のリードと、
前記第１部分にそれぞれが接合されて相互に長さが異なる一対の第１配線が第１差動伝送線路として形成された第１基板と、
前記第２部分にそれぞれが接合されて相互に長さが異なる一対の第２配線が第２差動伝送線路として形成された第２基板と、
前記一対の第１配線に電気的に接続された、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光電素子と、
を有し、
前記一対の第１配線の長い方は、前記一対のリードの対応する１つを介して、前記一対の第２配線の短い方に電気的に接続され、
前記一対の第１配線の短い方は、前記一対のリードの対応する他の１つを介して、前記一対の第２配線の長い方に電気的に接続され、
前記一対の第１配線は、それぞれ、同じ向きに屈曲する第１屈曲部を有し、前記第１屈曲部の外側にある一方が長くなっており、
前記一対の第２配線は、それぞれ、同じ向きに屈曲する第２屈曲部を有し、前記第２屈曲部の外側にある一方が長くなっており、
前記一対の第２配線は、前記一対のリードとの接合部に隣接して、前記第２屈曲部を有し、
前記一対の第２配線は、前記一対のリードが延びる方向で前記第１基板に重なる位置に、前記第２屈曲部を有する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、
前記光電素子が搭載された搭載基板をさらに有し、
前記第１基板は、前記第１面の中央部から端部への方向に偏って位置し、
前記搭載基板は、前記第１基板に近づく方向に、前記第１面の前記中央部から偏って位置していることを特徴とする光モジュール。

【請求項8】

第１面及び第２面を有する導電性ブロックと、
前記導電性ブロックを絶縁状態で貫通し、前記第１面から突出する第１部分及び前記第２面から突出する第２部分をそれぞれが有する一対のリードと、
前記第１部分にそれぞれが接合されて相互に長さが異なる一対の第１配線が第１差動伝送線路として形成された第１基板と、
前記第２部分にそれぞれが接合されて相互に長さが異なる一対の第２配線が第２差動伝送線路として形成された第２基板と、
前記一対の第１配線に電気的に接続された、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光電素子と、
前記光電素子が搭載された搭載基板と、
上面及び下面を有し、前記下面で前記導電性ブロックの前記第１面の中央部に固定され、前記上面及び前記下面の間で熱を移動させるためのペルチェ素子を内部に有する熱電冷却器と、
前記熱電冷却器の前記上面に固定され、前記第１基板に近づく方向に、前記第１面の前記中央部から偏って位置する支持ブロックと、
を有し、
前記一対の第１配線の長い方は、前記一対のリードの対応する１つを介して、前記一対の第２配線の短い方に電気的に接続され、
前記一対の第１配線の短い方は、前記一対のリードの対応する他の１つを介して、前記一対の第２配線の長い方に電気的に接続され、
前記第１基板は、前記第１面の前記中央部から端部への方向に偏って位置し、
前記搭載基板は、前記第１基板に近づく方向に、前記第１面の前記中央部から偏って位置し、
前記搭載基板は、前記支持ブロックに搭載され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】

電気信号及び光信号の間で変換を行う光モジュールが知られている。特許文献１には、シングルエンド伝送線路において高周波信号の安定した伝達を可能にする構造が開示されている。特許文献２には、差動伝送線路を適用した構造が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開２０１８／２１９３１８号公報

【文献】特開２００５－１９１０８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

差動伝送線路では、一対の配線に、位相が１８０°反転した信号を伝送することで、高周波信号を安定化させることができる。しかし、一対の配線の長さが異なると、位相がずれるため、高周波信号が安定しない。

【0005】

本発明は、高周波信号の安定化を目的とする。

【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、第１面及び第２面を有する導電性ブロックと、前記導電性ブロックを絶縁状態で貫通し、前記第１面から突出する第１部分及び前記第２面から突出する第２部分をそれぞれが有する一対のリードと、前記第１部分にそれぞれが接合されて相互に長さが異なる一対の第１配線が第１差動伝送線路として形成された第１基板と、前記第２部分にそれぞれが接合されて相互に長さが異なる一対の第２配線が第２差動伝送線路として形成された第２基板と、前記一対の第１配線に電気的に接続された、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光電素子と、を有し、前記一対の第１配線の長い方は、前記一対のリードの対応する１つを介して、前記一対の第２配線の短い方に電気的に接続され、前記一対の第１配線の短い方は、前記一対のリードの対応する他の１つを介して、前記一対の第２配線の長い方に電気的に接続されていることを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、長い第１配線と短い第２配線が電気的に接続され、短い第１配線と長い第２配線が電気的に接続されるので、位相のずれを相殺することができ、これにより高周波信号を安定化することが可能になる。

【0008】

（２）（１）に記載された光モジュールであって、前記第１基板の、前記一対の第１配線が形成された表面は、前記第１面に交差する方向に拡がり、前記第２基板の、前記一対の第２配線が形成された表面は、前記第２面に沿って拡がることを特徴としてもよい。

【0009】

（３）（２）に記載された光モジュールであって、前記一対のリードは、それぞれ、第１方向に延び、前記第１方向に交差する第２方向に隣り合って並び、前記一対の第１配線は、前記第２方向に隣り合って並び、前記一対の第２配線は、前記第１方向及び前記第２方向のいずれにも交差する第３方向に前記一対のリードから引き出され、屈曲して、前記第２方向に沿った両方の向きの一方に延び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、前記両方の向きの一方は、前記一対の第１配線の前記短い方から前記長い方への向きであることを特徴としてもよい。

【0011】

（５）（１）から（４）のいずれか１項に記載された光モジュールであって、前記一対の第１配線は、それぞれ、同じ向きに屈曲する第１屈曲部を有し、前記第１屈曲部の外側にある一方が長くなっており、前記一対の第２配線は、それぞれ、同じ向きに屈曲する第２屈曲部を有し、前記第２屈曲部の外側にある一方が長くなっ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、前記一対の第２配線は、前記一対のリードとの接合部に隣接して、前記第２屈曲部を有することを特徴としてもよい。

【0013】

（７）（６）に記載された光モジュールであって、前記一対の第２配線は、前記一対のリードが延びる方向で前記第１基板に重なる位置に、前記第２屈曲部を有することを特徴としてもよい。

【0014】

（８）（１）から（７）のいずれか１項に記載された光モジュールであって、前記光電素子が搭載された搭載基板をさらに有し、前記第１基板は、前記第１面の中央部から端部への方向に偏って位置し、前記搭載基板は、前記第１基板に近づく方向に、前記第１面の前記中央部から偏って位置していることを特徴としてもよい。

【0015】

（９）（８）に記載された光モジュールであって、上面及び下面を有し、前記下面で前記導電性ブロックの前記第１面の前記中央部に固定され、前記上面及び前記下面の間で熱を移動させるためのペルチェ素子を内部に有する熱電冷却器と、前記熱電冷却器の前記上面に固定され、前記第１基板に近づく方向に、前記第１面の前記中央部から偏って位置する支持ブロックと、をさらに有し、前記搭載基板は、前記支持ブロックに搭載されていることを特徴としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態に係る光モジュールの側面図である。

【図2】導電性ブロック及びこれに搭載される電子部品を示す斜視図である。

【図3】図２とは反対から導電性ブロック及びこれに搭載される電子部品を示す斜視図である。

【図4】一対のリード及び第２基板の平面図である。

【図5】三次元電界解析ツールを用いたシミュレーションによって得られた、参考例の周波数特性を示す図である。

【図6】三次元電界解析ツールを用いたシミュレーションによって得られた、本実施形態の周波数特性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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。

【0018】

図１は、実施形態に係る光モジュールの側面図である。光モジュール１００は、ＴＯ－ＣＡＮ（Transistor Outline-Can）型光モジュールであり、発光素子を備える光送信サブアセンブリ（TOSA: Transmitter Optical Sub-Assembly）、受光素子を備える光受信サブアセンブリ（ROSA: Receiver Optical Sub-Assembly）、発光素子及び受光素子の両方を備える双方向モジュール（BOSA；Bidirectional Optical Sub-Assembly）のいずれであってもよい。光モジュール１００は、導電性ブロック１０（例えばアイレット）を有する。

【0019】

図２は、導電性ブロック１０及びこれに搭載される電子部品を示す斜視図である。図３は、図２とは反対から導電性ブロック１０及びこれに搭載される電子部品を示す斜視図である。

【0020】

導電性ブロック１０は、金属などの導電材料からなり、第１面１２及び第２面１４を有する。導電性ブロック１０は、第１面１２及び第２面１４の間でそれぞれ貫通する複数の貫通孔１６を有する。導電性ブロック１０は、第１面１２に一体的な台座部１８を有する。台座部１８は、第１面１２に隆起している。台座部１８も導電体からなる。導電性ブロック１０は、基準電位（例えばグランド）に接続される。

【0021】

［一対のリード］
光モジュール１００は、一対のリード２０Ａ，２０Ｂを有する。一対のリード２０Ａ，２０Ｂは、それぞれ、第１方向Ｄ１に延びる。一対のリード２０Ａ，２０Ｂは、それぞれ、第１方向Ｄ１に交差（例えば直交）する第２方向Ｄ２に隣り合って並ぶ。一対のリード２０Ａ，２０Ｂのそれぞれは、導電性ブロック１０を絶縁状態で貫通する。例えば、導電性ブロック１０の貫通孔１６にはガラスなどの絶縁材料２２が充填されている。一対のリード２０Ａ，２０Ｂのそれぞれは、第１面１２から突出する第１部分２４を有する。一対のリード２０Ａ，２０Ｂのそれぞれは、第２面１４から突出する第２部分２６を有する。

【0022】

［第１基板］
光モジュール１００は、第１基板２８（例えば中継基板）を有する。第１基板２８は、台座部１８の上に搭載されている。第１基板２８には、第１差動伝送線路を構成するように、一対の第１配線３０Ｓ，３０Ｌが形成されている。一対の第１配線３０Ｓ，３０Ｌのそれぞれは、一対のリード２０Ａ，２０Ｂの対応する１つの第１部分２４に接合されている。接合には、ワイヤの使用を避けて、溶加材３２（はんだ、ろう材）を使用する。

【0023】

第１基板２８の、一対の第１配線３０Ｓ，３０Ｌが形成された表面は、第１面１２に交差（例えば直交）する方向（例えば第１方向Ｄ１）に拡がる。第１基板２８は、第１面１２の中央部から端部への方向に偏って位置する。一対の第１配線３０Ｓ，３０Ｌは、第２方向Ｄ２に隣り合って並ぶ。一対の第１配線３０Ｓ，３０Ｌは、それぞれ、第１屈曲部３４Ｓ，３４Ｌを有する。一対の第１配線３０Ｓ，３０Ｌの第１屈曲部３４Ｓ，３４Ｌは、同じ向きに屈曲する。外側にある第１屈曲部３４Ｌが長くなっているので、一対の第１配線３０Ｓ，３０Ｌは、相互に長さが異なる。

【0024】

［第２基板］
光モジュール１００は、第２基板３６（例えばフレキシブル基板（ＦＰＣ））を有する。第２基板３６は、第２面１４に対向するように配置されている。第２基板３６には、図１に示すように、プリント基板（ＰＣＢ）１０２が接続される。

【0025】

第２基板３６には、第２差動伝送線路を構成するように、一対の第２配線３８Ｓ，３８Ｌが形成されている。一対の第２配線３８Ｓ，３８Ｌのそれぞれは、一対のリード２０Ａ，２０Ｂの対応する１つの第２部分２６に接合されている。第２基板３６の、一対の第２配線３８Ｓ，３８Ｌが形成された表面は、第２面１４に沿って拡がる。

【0026】

図４は、一対のリード２０Ａ，２０Ｂ及び第２基板３６の平面図である。一対の第２配線３８Ｓ，３８Ｌのそれぞれは、一対のリード２０Ｂ，２０Ａの対応する１つから引き出されている。その引き出し方向は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２のいずれにも交差（例えば直交）する第３方向Ｄ３である。

【0027】

一対の第２配線３８Ｓ，３８Ｌは、屈曲しており、第２屈曲部４０Ｓ，４０Ｌを有する。一対の第２配線３８Ｓ，３８Ｌは、対応するリード２０Ｂ，２０Ａとの接合部に隣接して、それぞれ、第２屈曲部４０Ｓ，４０Ｌを有する。第２屈曲部４０Ｓ，４０Ｌは、一対のリード２０Ｂ，２０Ａが延びる方向（第１方向Ｄ１）で、第１基板２８に重なる位置にある（図２参）。

【0028】

一対の第２配線３８Ｓ，３８Ｌの第２屈曲部４０Ｓ，４０Ｌは、同じ向きに屈曲する。外側にある第２屈曲部４０Ｌが長くなっているので、一対の第２配線３８Ｓ，３８Ｌは、相互に長さが異なる。一対の第２配線３８Ｓ，３８Ｌは、第２屈曲部４０Ｓ，４０Ｌから第２方向Ｄ２に沿った両方の向きの一方に延びている。両方の向きの一方とは、例えば、短い第１配線３０Ｓ（対応する一方のリード２０Ａ）から長い第１配線３０Ｌ（対応する他方のリード２０Ｂ）への向きである。

【0029】

［第１配線と第２配線の接続］
長い第１配線３０Ｌは、一方のリード２０Ｂを介して、短い第２配線３８Ｓに電気的に接続されている。短い第１配線３０Ｓは、他方のリード２０Ａを介して、長い第２配線３８Ｌに電気的に接続されている。これにより、差動信号の位相のずれを相殺し、高周波信号を安定化することが可能になる。

【0030】

［光電素子］
光モジュール１００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光電素子４２を有する。光電素子４２は、搭載基板４４に搭載されている。搭載基板４４は、第１基板２８に近づく方向に、第１面１２の中央部から偏って位置する。

【0031】

搭載基板４４は、第１電極４６及び第２電極４８を有する。光電素子４２の底面は、第１電極４６に対向して電気的に接続されている。光電素子４２の上面にあるパッドは、ワイヤＷ１によって、第２電極４８に電気的に接続されている。第１電極４６及び第２電極４８のそれぞれは、１つ又は複数のワイヤＷ２によって、一対の第１配線３０Ｓ，３０Ｌの対応する１つに電気的に接続されている。これにより、光電素子４２は、一対の第１配線３０Ｓ，３０Ｌに電気的に接続される。

【0032】

［熱電冷却器］
光モジュール１００は、熱電冷却器５２を有する。熱電冷却器５２は、上面５４及び下面５６を有する。上面５４及び下面５６は、セラミックなどの絶縁体からなる。下面５６が導電性ブロック１０の第１面１２に固定されている。固定には、熱伝導性の接着剤を使用してもよい。熱電冷却器５２は、上面５４及び下面５６の間で熱を移動させるための図示しないペルチェ素子を内部に有する。例えば、上面５４が吸熱面になり、下面５６が放熱面になるが、その逆に切り替えられるようになっている。熱電冷却器５２は、下面５６で導電性ブロック１０の第１面１２の中央部に固定されている。熱電冷却器５２の電極５０は、ワイヤＷ３によって、リードＬ１に接続されている。

【0033】

熱電冷却器５２の上面５４には導電層５８が積層する。導電層５８は、基準電位プレーン（例えばグランドプレーン）となる。２つ以上のワイヤＷ４が、導電性ブロック１０の第１面１２と導電層５８を接続する。これにより、導電層５８の電位が、導電性ブロック１０と同じになって安定する。サーミスタ６０が導電層５８に載って、電気的に接続し、温度を測定できるようになっている。サーミスタ６０は、ワイヤＷ５によってリードＬ２に接続されており、電圧が印加されるようになっている。

【0034】

［支持ブロック］
光モジュール１００は、支持ブロック６２を有する。支持ブロック６２は、熱電冷却器５２の上面５４（導電層５８の上）に固定されている。支持ブロック６２は、第１基板２８に近づく方向に、第１面１２の中央部から偏って位置する。搭載基板４４は、支持ブロック６２に搭載されている。

【0035】

図５は、三次元電界解析ツールを用いたシミュレーションによって得られた、参考例の周波数特性を示す図である。Ｓdd21は、差動信号の伝送特性を示す。Ｓcd11は、反射して戻るコモンモード成分の反射特性を示す。参考例では、差動伝送線路の一対の配線の長さが異なったままであり、差動信号の位相がずれている。そのため、ノイズが、デファレンシャルモードからコモンモードに変換され、信号品質に影響を与えていることが分かる。

【0036】

図６は、三次元電界解析ツールを用いたシミュレーションによって得られた、本実施形態の周波数特性を示す図である。本実施形態では、上述したように差動信号の位相のずれを相殺するようになっている。これにより、参考例と比較して、コモンモードへの変換が抑えられるので、反射特性（Ｓcd11）が改善していることが分かる。

【0037】

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】

【0038】

１０ 導電性ブロック、１２ 第１面、１４ 第２面、１６ 貫通孔、１８ 台座部、２０Ａ リード、２０Ｂ リード、２２ 絶縁材料、２４ 第１部分、２６ 第２部分、２８ 第１基板、３０Ｌ 第１配線、３０Ｓ 第１配線、３２ 溶加材、３４Ｌ 第１屈曲部、３４Ｓ 第１屈曲部、３６ 第２基板、３８Ｌ 第２配線、３８Ｓ 第２配線、４０Ｌ 第２屈曲部、４０Ｓ 第２屈曲部、４２ 光電素子、４４ 搭載基板、４６ 第１電極、４８ 第２電極、５０ 電極、５２ 熱電冷却器、５４ 上面、５６ 下面、５８ 導電層、６０ サーミスタ、６２ 支持ブロック、１００ 光モジュール、１０２ プリント基板、Ｄ１ 第１方向、Ｄ２ 第２方向、Ｄ３ 第３方向、Ｌ１ リード、Ｌ２ リード、Ｗ１ ワイヤ、Ｗ２ ワイヤ、Ｗ３ ワイヤ、Ｗ４ ワイヤ、Ｗ５ ワイヤ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】