JP2010161146A

JP2010161146A - 光送信モジュール

Info

Publication number: JP2010161146A
Application number: JP2009001563A
Authority: JP
Inventors: Takashi Konosu; 貴鴻巣
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2009-01-07
Filing date: 2009-01-07
Publication date: 2010-07-22

Abstract

【課題】ＬＤの後方出射光を効率よく受光できるようにモニタ用ＰＤを配設し、かつ、ＬＤキャリアの電極パッドと回路基板の電極パッドとを接続するワイアの長さを短くした光送信モジュールを提供する。
【解決手段】ＬＤキャリア２１は、ＬＤ１４の実装面２１ａと、電極パッドの設置面２１ｂとの間に傾斜面２１ｃを有し、電極パッドの設置面２１ｂと、回路基板１７の電極パッド面は同一平面上に位置し、モニタ用ＰＤ１８は、ＬＤ１４の後方出射光を受光するように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光信号を送信する光送信モジュールに関するものである。

ＸＦＰ（10Gigabit Form-factor Pluggable）やＳＦＰ（Small Form-factor Pluggable）等の規格による高速小型光トランシーバにおいては、光モジュールを収容するパッケージの外形形状寸法が業界標準規格によって定められている。それ故、前記パッケージに収容される光送信モジュール（TOSA：Transmitting Optical Sub-Assembly）の大きさも制限される。

このようなパッケージ内に光送信モジュールを収納するためには、前記光送信モジュールを構成する、ＬＤ(Laser Diode：発光素子)、集光レンズ、ＬＤの光出力をモニタするモニタ用ＰＤ（Photo Diode：受光素子）、放熱モジュール等の構成部品を効率よく配置し、光送信モジュールを小型化しなければならない。このように小型化された光送信モジュールが、例えば特許文献１に開示されている。

ここで、従来の光送信モジュールの概略を、図６を用いて説明する。図６（Ａ）に示すように、光送信モジュール１０においては、パッケージ１１内に、熱電モジュール１２が配設され、この熱電モジュール１２の上に熱伝導性のよいＬＤキャリア部材（以下、ＬＤキャリアと記す）１３を介してＬＤ１４が実装されている。

ＬＤ１４から送出される信号光は、熱電モジュール１２上に実装されたレンズ１５を経てパッケージ１１の前方の光ファイバ（図示せず）に入射される。なお、熱電モジュール（Thermo-Electric Cooler：ＴＥＣ）１２は、熱電変換素子１２ａの吸熱側に第１板状体１２ｂを配し、排熱側に第２板状体１２ｃを配してなり、吸熱側の第１板状体１２ｂの上にはＬＤキャリア１３が搭載されている。ＬＤキャリア１３上に実装されたＬＤ１４による発熱は、熱電モジュール１２によってパッケージ１１を介し、外部へ排熱される。

更に、パッケージ１１の後方（レンズ１５が配設される側と反対）には、リード端子１６を備えた多層構造の回路基板１７が実装されている。そして、回路基板１７の上に、ＰＤキャリア１９を介してモニタ用ＰＤ１８が実装されている。図示のように、ＬＤ１４とモニタ用ＰＤ１８とは対向して配置されている。なお、回路基板１７は、第１のセラミック基板１７ａ、第２のセラミック基板１７ｂ等の多層基板から構成され、絶縁ブロック１７ｃによりパッケージ１１に固定されている。それぞれのセラミック基板１７ａ、１７ｂには、配線導体及び電極パッドが形成され、熱電モジュール１２、ＬＤ１４、モニタ用ＰＤ１８と外部機器との電気的接続に利用される。

ＬＤ１４は、ＬＤキャリア１３上の配線導体に形成された電極パッドと電気的に接続され、この電極パッドと回路基板１７の電極パッドとは、ＬＤ駆動用の配線ワイア２０により電気的に接続される。なお、ＬＤ１４の温度を検出するサーミスタ（図示せず）もワイアを介して電気的に接続される。

特開２００８−１６６７３０号公報

ところで、光結合効率及びコストの面から、ＬＤ１４の後方出射光Ｐ１を屈折、反射、集光することなくモニタ用ＰＤ１８に直接入射できように、かつ、この後方出射光を効率よく受光できるように、モニタ用ＰＤ１８を前記後方出射光の光路上に配設する必要がある。

また、ＬＤ１４を高速駆動する場合、ＬＤ駆動用の配線ワイア２０における寄生インダクタンスが光出力波形に与える影響を極力少なくし、高周波特性の劣化を防止するために、ワイアの長さを極力短くする必要がある。配線ワイア２０の長さを短くする場合、ラインＰ２に示すように、配線ワイア２０が接続されるＬＤキャリア１３の電極パッドと、回路基板１７の電極パッドとを同一平面上（同一レベル）に配置し、かつ、両電極パット部間の距離を短くする必要がある。

しかし、前述のように、両電極パッドを同一平面上に配置すると、ＬＤ１４の後方出射光Ｐ１をモニタ用ＰＤ１８の受光面に効率よく受光させることができなくなる。その結果、モニタ用ＰＤ１８への入射光量が少なくなり、モニタ用ＰＤ１８が出力するモニタ電流が減少する。

そこで、図６（Ｂ）に示すように、ＬＤキャリア１３のＬＤ実装面を高くすれば、モニタ用ＰＤ１８にＬＤ１４の後方出射光Ｐ１が直接入射し、モニタ用ＰＤ１８は、前記後方出射光を効率よく受光することができるようになる。しかし、このように、ＬＤキャリア１３のＬＤ実装面の位置をモニタ用ＰＤ１８の受光面に合わせると、ＬＤ実装面と同一面に形成されている電極パッドの位置が回路基板の電極パッド面よりも高くなる。このため、両電極パッド間に段差Ｈが生じ、配線ワイア２０の長さが長くなって、寄生インダクタンスが大きくなり、高周波特性が劣化してしまう。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、ＬＤの後方出射光を効率よく受光できるようにモニタ用ＰＤを配設し、かつ、ＬＤキャリアの電極パッドと回路基板の電極パッドとを接続するワイアの長さを短くした光送信モジュールを提供することを目的とする。

本発明による光送信モジュールは、発光素子が実装され発光素子の電極パッドが設けられたキャリア部材と、発光素子の光出力をモニタする受光素子が実装され、配線導体と電極パッドが設けられた回路基板とを有し、キャリア部材の電極パッドと回路基板の電極パッドがワイアで接続される。
キャリア部材は、発光素子の実装面と、電極パッドの設置面との間に段差を有し、電極パッドの設置面と、回路基板の電極パッド面は同一平面上に位置し、受光素子は、発光素子の後方出射光を受光するように配置されている。また、キャリア部材の段差は、傾斜面で形成されている。

本発明により、ＬＤの後方出射光を高効率で受光できるようにモニタ用ＰＤを前記後方出射光の光路上に配設することができるので、モニタ用ＰＤはＬＤの光出力を高精度で、モニタすることができる。また、ＬＤキャリアの電極パッドと回路基板の電極パッドとを接続するワイアの長さを短くできるので、前記ワイアにおける寄生インダクタンスを少なくして、高周波特性の劣化を防止することができる。

本発明に係る光送信モジュールの正面断面図である。光送信モジュールの上方向からの断面図である。本発明に係るＬＤキャリアの詳細図である。ＰＤキャリアの詳細図である。リード端子の接続関係を説明する概略図である。従来の光送信モジュールの一例を説明するための図である。

本発明について、図１〜図５を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る光送信モジュールの正面断面図、図２は、本発明に係る光送信モジュールの上方向からの断面図である。図３は、ＬＤキャリアの詳細を説明する図、図４は、ＰＤキャリアの詳細を説明する図である。図５は、リード端子の接続関係を説明する概略図である。

図１に示すように、本発明に係る光送信モジュール１は、図６で説明したのと同様に、パッケージ１１内に、熱電モジュール１２を配設して構成される。熱電モジュール１２は、熱電変換素子１２ａの吸熱側に第１板状体１２ｂを配し、排熱側に第２板状体１２ｃを配してなり、吸熱側の第１板状体１２ｂの上には、ＬＤキャリア２１が搭載されている。ＬＤキャリア２１の実装面２１ａにはＬＤ１４が実装され、ＬＤ１４による発熱は、熱電モジュール１２によってパッケージ１１を介し、外部へ排熱される。

ＬＤ１４から送出される信号光は、熱電モジュール１２上に実装されたレンズ１５を経てパッケージ１１の前方の光ファイバ（図示せず）に入射される。更に、パッケージ１１の後方には、リード端子１６を備えた回路基板１７が実装されている。そして、回路基板１７の上に、ＰＤキャリア１９を介してモニタ用ＰＤ１８が実装されている。図示のように、ＬＤ１４の後方出射光Ｐ１の発光部とモニタ用ＰＤ１８の受光面とは対向している。なお、回路基板１７は、第１のセラミック基板１７ａ、第２のセラミック基板１７ｂ等の多層基板から構成され、絶縁ブロック１７ｃによりパッケージ１１に固定されている。それぞれのセラミック基板１７ａ、１７ｂには、電極パッド、配線導体（図２参照）が形成され、熱電モジュール１２、ＬＤ１４、モニタ用ＰＤ１８と外部機器との電気的接続に利用される。第１のセラミック基板１７ａには、ビアホール１７ｄが形成されている。

次に、本発明によるＬＤキャリア２１の構造について説明する。ＬＤキャリア２１には、ＬＤ１４を実装するＬＤ実装面２１ａと、ＬＤ１４の電極パッド２３が設けられる設置面２１ｂとが形成される。ＬＤ実装面２１ａと電極パッド２３の設置面２１ｂは、段差Ｌを有し、この段差は、例えば、傾斜面２１ｃにより形成される。ＬＤ実装面２１ａの高さ位置は、モニタ用ＰＤ１８がＬＤ１４の後方出射光Ｐ１を効率よく受光できるように設定される。また、電極パッド２３の設置面２１ｂの高さ位置は、回路基板１７の第２のセラミック基板１７ｂの電極パッドの設置面２４と、ラインＰ３で示すように、同一平面上に位置するように設定される。

次に、図２、図３を用いてＬＤキャリア２１の詳細について説明する。図２は、光送信モジュールの上方向から見た図である。図３（Ａ）は、ＬＤキャリア２１の上方向から見た図、図３（Ｂ）は、ＬＤキャリア２１の正面図である。ＬＤキャリア２１の設置面２１ｂに設けられる電極パッド２３は、ＬＤカソード用電極パッド２３ａ及びＬＤアノード用電極パッド２３ｂとからなる。両電極パッド（２３ａ、２３ｂ）は、ＬＤ１４の配線導体を構成するＬＤカソード用配線導体２２ａ及びＬＤアノード用配線導体２２ｂの先端部（モニタ用ＰＤ１８側）に形成されている。

図２に示すように、ＬＤカソード用電極パッド２３ａと回路基板１７の電極パッドの設置面２４のＬＤカソード用電極パッド２４ａ間は配線ワイア２５ａを介して電気的に接続し、ＬＤアノード用電極パッド２３ｂとＬＤアノード用電極パッド２４ｂ間は配線ワイア２５ｂを介して電気的に接続する。回路基板１７の設置面２４のＬＤカソード用電極パッド２４ａ及びＬＤアノード用電極パッド２４ｂは、ＬＤキャリア２１の設置面２１ｂのＬＤカソード用電極パッド２３ａ及びＬＤアノード用電極パッド２３ｂと同列位置に配設され、かつ、同一平面上に位置している（図１のラインＰ３参照）。なお、図１に示した、配線ワイア２０は、配線ワイア２５ａ、２５ｂと同じものである。また、ＬＤ１４のアノード端子１４ａは、配線ワイア２６ａによりＬＤアノード用配線導体２２ｂに接続される。

このように、ＬＤキャリア２１の上面を、段差を有するＬＤ実装面２１ａと電極パッドの設置面２１ｂｂで形成することで、ＬＤ１４の後方出射光を、モニタ用ＰＤ１８で効率よく受光できるように、ＬＤ１４を配置することができる。また、段差を傾斜面２１ｃで形成することにより、ＬＤ１４の後方出射光を遮ることがない。
また、ＬＤキャリア２１の電極パッドの設置面２１ｂと、回路基板１７の電極パッドの設置面２４とが同一平面上にあるので、ＬＤカソード用の配線ワイア２５ａ及びＬＤアノード用の配線ワイア２５ｂの長さを短くすることができる。その結果、配線ワイアの寄生インダクタンスを抑えて良好な光出力波形が得られ、より高速伝送に対応できる。

また、ＬＤキャリア２１上には、ＬＤ１４の温度を監視するサーミスタ２７が配置されている。このサーミスタ２７の接続端子（図示せず）は、サーミスタ用配線導体２２ｃと接続し、サーミスタ用配線導体２２ｃの先端部に形成されたサーミスタ用電極パッド２３ｃと回路基板１７のサーミスタ用電極パッド２４ｃとは配線ワイア２５ｃを介して電気的に接続している。なお、サーミスタ２７の接続端子２７ａは、配線ワイア２６ｂによりサーミスタ用配線導体２２ｃに接続される。

熱電モジュール１２（図１参照）の吸熱側の第１板状体１２ｂには、熱電変換素子１２ａに電源を供給するためのＴＥＣ用配線導体２２ｄが設けられている。ＴＥＣ用配線導体２２ｄのＴＥＣ用電極パッド２３ｄと、回路基板１７のＴＥＣ用電極パッド２４ｄとは配線ワイア２５ｄを介して電気的に接続している。

なお、ＬＤキャリア２１の段差を傾斜面２１ｃで形成した例を示したが、階段状（ステップ状）であってもよい。この場合、段差の側面に配線用メタライズを施すか、または、キャリアを多層にしてヴィアを設ける。なお、本実施例では、ＬＤキャリア２１を第１の板状体１２ｂ上に実装しているが、実装面積などの制約がなければ、特に、第１の板状体１２ｂに実装しなくてもよい。ＬＤキャリア２１は、熱伝導率が高い物質、例えば、窒化アルミニウムから作成することができる。

次に、モニタ用ＰＤ１８について詳細について、図４により説明する。図４（Ａ）は、レンズ１５方向から見たＰＤキャリア１９の側面図、図４（Ｂ）は、ＰＤキャリア１９の下方向から見た図である。ＰＤキャリア１９の側面、底面には、モニタ用ＰＤ１８のカソード端子１８ａに配線ワイア２６ｃを介して電気的に接続するカソード用配線導体２２ｅが設けられ、カソード用配線導体２２ｅにはカソード用電極パッド２３ｅが形成されている。カソード用電極パッド２３ｅは、ビアホール１７ｅ（図２参照）を介して、回路基板１７の配線導体２８ｅと接続する。また、モニタ用ＰＤ１８のアノード用配線導体２２ｆには、アノード用電極パッド２３ｆが形成されて、このアノード用電極パッド２３ｆは、ビアホール１７ｄ（図２参照）を介して、回路基板１７の配線導体２８ｆと接続する。

複数のリード端子（１６ａ〜１６ｆ）は、図２に示すように、回路基板１７に形成された配線導体（２８ａ〜２８ｆ）の端部に電気的に接続して設けられる。なお、前記配線導体は、図１に示した、第２のセラミック基板１７ｂ上に形成されている。

図２、図５に示すように、サーミスタ用リード端子１６ｃ_１、１６ｃ_２は、配線導体２８ｃ_１、２８ｃ_２等を介してサーミスタ２７に接続する。ＰＤ用リード端子１６ｅ、１６ｆは、配線導体２８ｅ、２８ｆ等を介してモニタ用ＰＤ１８に接続する。ＬＤ用リード端子１６ａ、１６ｂは、配線導体２８ａ、２８ｂ等を介してＬＤ１４に接続する。ＴＥＣ用端子１６ｄ_１、１６ｄ_２は、配線導体２８ｄ_１、２８ｄ_２等を介して、熱電変換素子１２ａと接続する。

１，１０，１０’…光送信モジュール、１１…パッケージ、１２…熱電モジュール（ＴＥＣ）、１２ａ…熱電変換素子、１２ｂ…第１の板状体、１２ｃ…第２の板状体、１３，２１…ＬＤキャリア、２１ａ…ＬＤ実装面、２１ｂ、２４…電極パッドの設置面、１３ｃ…段差、１４…ＬＤ、１４ａ…アノード端子、１５…レンズ、１６，１６ａ〜１６ｆ…リード端子、１７…回路基板、１７ａ，１７ｂ…セラミック基板、１７ｃ…絶縁ブロック、１７ｄ，１７ｅ…ビアホール、１８…モニタ用ＰＤ、１８ａ…カソード端子、１９…ＰＤキャリア、２０…配線ワイア、２２ａ〜２２ｆ…配線導体、２３，２３ａ〜２３ｆ，２４ａ〜２４ｄ…電極パッド、２５ａ〜２５ｄ，２６ａ〜２６ｃ…配線ワイア、２７…サーミスタ、２７ａ…接続端子、２８ａ〜２８ｆ…配線導体。

Claims

発光素子が実装され該発光素子の電極パッドが設けられたキャリア部材と、前記発光素子の光出力をモニタする受光素子が実装され、配線導体と電極パッドが設けられた回路基板とを有し、前記キャリア部材の電極パッドと前記回路基板の電極パッドがワイアで接続される光送信モジュールであって、
前記キャリア部材は、前記発光素子の実装面と、前記電極パッドの設置面との間に段差を有し、前記電極パッドの設置面と、前記回路基板の電極パッド面は同一平面上に位置し、前記受光素子は、前記発光素子の後方出射光を受光するように配置されていることを特徴とする光送信モジュール。
前記キャリア部材の前記段差は、傾斜面で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。