JP4852442B2 - 光送信モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光送信モジュールに係り、特に、可とう性を有するフレキシブル基板を用い、高周波信号を出力する光送信モジュールに関するものである。

光送信モジュールには、外部より入力される電気信号をレーザダイオード（以下ＬＤと称する）に与えて光信号を出力する直変と、電気信号を電界吸収素子（以下ＥＡ素子と称する）に与え、ＬＤより連続出力された光を変調して光信号を出力するＥＡ変調が用いられている。

これらの光送信モジュールは、データ送信速度の高速化に加え、低消費電力・低コストの要求から、近年小型化・高集積化が進んでいる。更に、送受信機に搭載する場合において、パッケージ形状の相違を吸収するため、小型化した光送信モジュールには筐体の内部と外部を電気的に接続する手段としてフレキシブル基板が多く用いられるようになった。

しかし、フレキシブル基板を用いた光送信モジュールは、電気信号がフレキシブル基板の信号線路を伝播することとなり、出力される光信号が劣化する。図１は、フレキシブル基板を取り付けた光送信モジュールの光出力の周波数特性（Ｓ２１）である。図１（ａ）に示すように、数ＧＨｚの帯域での周波数応答においてエネルギー損失が大きくなる部分があり、１ｄＢ以上の深さのディップが生じる。その際、出力波形（アイパターン）において周波数応答に依存した時間方向の揺らぎ（ジッタ）と出力振幅の乱れが生じ、アイ開口が小さくなる。

このフレキシブル基板には、送信する電気信号が伝搬する信号パタンの他に、ＬＤへ駆動電流を供給するレーザ端子パタン、ペルチェ素子へ電流を供給するペルチェ端子パタン等が通じている。上述のディップは、これらのフレキシブル基板内を併走する他のパタンと信号パタンとの間での相互作用によって発生していると推測される。

そこで、一般的なディップ対策としてシールドを施す手法が考えられる。フレキシブル基板を用いたものにおけるノイズ対策として、フレキシブル基板にシールドを施す手法は多用されており、特許文献１にはフレキシブル基板の全面にシールドを設けた技術が記載されている。実際に、光送信モジュールにおいてフレキシブル基板を導体でシールドすると、図１（ｂ）に示したように周波数特性は大きく改善される。

特開２００３−１１０２０７号公報

ＥＭＩ対策で一般的に用いられる伝送線路を導体でシールドする方法では、フレキシブル基板の信号パタンは特性インピーダンスを約５０Ωにする必要があるので、例えばフレキシブル基板の全面を導体層で被覆する構造とすると、信号パタン幅の製造上の制約（min５０μｍ）から一般にフレキシブル基板の厚さが５００μｍ以上になってしまう。そうなると、フレキシビリティを喪失するばかりか、製造上のコスト、パタン作製の精度の面でも不利となる。

本発明は、周波数特性に優れ、しかも可とう性を維持したフレキシブル基板を入出力に用いた光送信モジュールを提供する。

上記課題は、半導体レーザ素子と電気信号によりレーザ光を変調する光変調素子とを内蔵した筐体と、該筐体の内部と外部を電気的に接続するリードピンと、該リードピンに接続されたフレキシブル基板とを有し、フレキシブル基板は、光変調素子へ接続する信号パタンと、該信号パタンの両側に設けた第１および第２のグランド導体パタンと、信号パタンの裏側に設けた第３のグランド導体パタンと、信号パタンと第１および第２のグランド導体パタンとを被覆する第１の絶縁層と、第３のグランド導体パタンを被覆する第２の絶縁層と、第１の絶縁層を被覆する第１の被覆導体層と、第２の絶縁層を被覆する第２の被覆導体層とからなり、第１の被覆導体層は、少なくとも信号パタン部上にスリットを形成されている光送信モジュールにより、達成できる。

また、電気信号によりレーザ光を変調する半導体レーザ素子を内蔵した筐体と、該筐体の内部と外部を電気的に接続するリードピンと、該リードピンに接続されたフレキシブル基板とを有し、フレキシブル基板は、光変調素子へ接続する信号パタンと、該信号パタンの両側に設けた第１および第２のグランド導体パタンと、信号パタンの裏側に設けた第３のグランド導体パタンと、信号パタンと第１および第２のグランド導体パタンとを被覆する第１の絶縁層と、第３のグランド導体パタンを被覆する第２の絶縁層と、第１の絶縁層を被覆する第１の被覆導体層と、第２の絶縁層を被覆する第２の被覆導体層とからなり、第１の被覆導体層は、少なくとも信号パタン部上にスリットを形成されている光送信モジュールにより、達成できる。

上記課題は、ディップの発生源である信号パタンにシールドを施そうとするときに問題となるものである。しかし、ディップの発生メカニズムが信号パタンと他の併走するパタンとの相互作用に起因するので、相互作用を受ける側である他の併走するパタン全面にシールドを施しても、信号パタンにシールドを施した場合と同様の効果が得られる。

したがって、本発明によれば、周波数特性に優れ、しかも可とう性を維持したフレキシブル基板を入出力に用いた光送信モジュールを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、実施例を用い図面を参照しながら説明する。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。

本発明の実施例１を図２ないし図６を用いて説明する。ここで、図２は光送信モジュールの斜視図である。図３はフレキシブルプリント基板の断面図である。図４はインピーダンス５０ΩでのＸ寸法とＹ寸法の関係を説明する図である。図５はＹ寸法と特性インピーダンスの関係を説明する図である。図６は周波数特性を説明する図である。

図２において、光送信モジュール１００は、図示しないＬＤ、ペルチェ素子、サーミスタ、光学系等を収容した筐体１０１と、筐体１０１の一端から引き出された上下２列のリードピン１０２に接続されたフレキシブルプリント基板１０３と、筐体１０１の他端に取り付けられたフェルール１１１とから構成される。光送信モジュール１００は、フレキシブル基板１０３からの電気信号に基づいて、光信号をフェルール１１１から送信する。

フレキシブル基板１０３は、絶縁体基板１０９の両面に配線１０４〜１０６を形成して、さらに両面に図示しない絶縁層１１０を形成し、さらに絶縁層の両面に被覆導体層１０７、１０８を形成した構成である。信号パタン１０４の両側には、グランド導体パタン１０５を設けている。また、グランド導体パタン１０５−１、信号パタン１０４、グランド導体パタン１０５−２の絶縁体基板１０９の裏側には、幅広のグランド導体パタン１０６を設けている。さらに、信号パタン１０４の裏面側被覆導体層１０８は、ベタパタンであるのに対して、信号パタン１０４側の被覆導体層１０７の信号パタン１０４上部に、スリット上の開口を設けている。なお、参照番号を付けていない配線パタンは、ＬＤへ駆動電流を供給するレーザ端子パタン、ペルチェ素子へ電流を供給するペルチェ端子パタン、サーミスタ用モニタパタン等である。また、被覆導体層１０７、１０８は電気的に浮いていても良い。さらに、ＬＤは変調器を集積した半導体レーザでも良い。

図３において、フレキシブル基板１０３Ａは、信号パタン１０４を初めとする複数のパタンが絶縁基板１０９上に形成され、絶縁層１１０によって両面とも全面が覆われる一般的なフレキシブル基板の構造である。信号パタン１０４とグランド導体パタン１０５は、コプレーナラインを形成する。信号パタン１０４とグランド導体パタン１０６は、マイクロストリップラインを形成する。また、被覆導体層１０７、１０８は絶縁層１１０の上に接着される形成される。また、被覆導体層１０７は、信号パタン１０４の延伸方向に開口部を有している。

本明細書では、信号パタン１０４とグランド導体パタン１０５との距離をＸμｍ、信号パタン１０４と信号パタン側の被覆導体層１０７端部との距離をＹμｍと表している。ここで、これらの寸法と特性の関係を図４ないし図６を参照して説明する。ここで、図４はインピーダンス５０ΩでのＸ寸法とＹ寸法の関係を説明する図である。図５はＹ寸法と特性インピーダンスの関係を説明する図である。図６は周波数特性を説明する図である。

実施例１では、ＸとＹの関係はＸ＜Ｙである。一般的に製造可能な限りフレキシブル基板を薄くしたとき、信号パタン１０４の特性インピーダンスを５０ΩにするＸ寸法とＹ寸法の関係を図４に示す。図３は図４のＡ点での形状を表したものである。実施例１によれば、信号パタン１０４とグランド導体パタン１０６との位置関係が信号パタン１０４の特性インピーダンスに対して支配的なので、Ｙの精度が緩やかになる。図５は、図３の形状における代表的な寸法に対して、Ｙに対する特性インピーダンスの関係を表したものである。Ｙ寸法が小さくなると、信号パタン１０４に対して特性インピーダンスの著しい低下を招いてしまう。したがって、この例の場合Ｙ＞１５０μｍとなるように被覆導体層１０７を形成すれば特性インピーダンスの整合が取れる。なお、グランド導体パタン１０５、１０６と、被覆導体層１０７、１０８とを、ＶＩＡ等を利用して導通させても良い。

被覆導体層１０７、１０８とを設けたことにより、フレキシブル基板に起因する電磁ノイズの発生が抑えられ、ディップが低減・消滅し、良好な周波数特性が得られる。一般的には、被覆導体層をフレキシブル基板全面に設けた場合に最も高いシールド効果が得られる。しかし、光送信モジュールにおいては、フレキシブル基板内を併走する他のパタン（レーザ端子パタン、ペルチェ端子パタン等）との間での相互作用によって周波数特性にディップが発生していると推測され、信号パタンを除く他のすべてのパタンを被覆することで充分に高いシールド効果が得られる。このような被覆を施した場合、図６に示すように図１（ａ）と比較して、良好な周波数特性が得られる。特性改善の効果は、信号パタン１０４を伝播する電気信号のビットレートが９．９５Ｇｂｉｔ／ｓ以上のとき、顕著である。

新たに設けた被覆導体層１０７は、信号パタン１０４の近傍には存在しないために、信号パタン１０４のインピーダンスを著しく低下させることがなく、信号パタン１０４の特性インピーダンスをフレキシブル基板の厚さを増加させずに整合することが可能になる。このように被覆導体層１０７を設けた場合、信号パタン１０４とグランド導体パタン１０５との層方向の距離と、信号パタン１０４と信号パタン側の被覆導体層１０７端部との層方向の距離とを任意の関係に保つことで、信号パタンの特性インピーダンスを容易に５０Ωに調整することができる。

また、各パタンを有する層と被覆導体層とを別工程で製造することにより、各パタンを有する層においては、信号線路の特性インピーダンスを精度良く製造することができ、被覆導体層においては、単純な構造なので低コストで製造でき、かつ被覆導体層の厚さを最小限にすることが容易となり、製造コストと基板のフレキシビリティの面において有利となる。

本発明の実施例２を図７を用いて説明する。ここで、図７はフレキシブルプリント基板の断面図である。
実施例２では、フレキシブル基板１０３ＢにおけるＸ寸法とＹ寸法の関係はＸ＞Ｙである。これは、図４におけるＢ点での形状を表している。一般に、被覆導体層は可能な限り広範に取った方がシールド効果は良くなる。したがって、実施例２によれば、Ｙをできるだけ小さくして導体層によって被覆されない領域（スリット幅）を最小限にすることができ、より良好なシールド効果を得ることができる。また、グランド導体パタン１０５、１０６と、被覆導体層１０７、１０８とを、ＶＩＡ等を利用して導通させても良い。

本発明の実施例３を図８を用いて説明する。ここで、図８はフレキシブルプリント基板の断面図である。
実施例３では、フレキシブル基板１０３ＣにおけるＸ寸法とＹ寸法の関係は、実施例２と同様にＸ＞Ｙである。ただし、実施例３では図８に示すようにグランド導体パタン１０６を２つに分け、信号パタン１０４から離す構造にしている。こうすることで、グランド導体パタン１０６からの特性インピーダンスへの影響が小さくなり、Ｙ寸法を実施例２よりも更に小さくすることが可能になる。この結果、より良好なシールド効果を得ることができる。また、グランド導体パタン１０５、１０６と、被覆導体層１０７、１０８とを、ＶＩＡ等を利用して導通させても良い。
〔図面の簡単な説明〕

フレキシブル基板に被覆導体層を設けたときの周波数特性の改善の様子を説明する図である。 光送信モジュールの斜視図である。 フレキシブルプリント基板の断面図である。 インピーダンス５０ΩでのＸ寸法とＹ寸法の関係を説明する図である。 Ｙ寸法と特性インピーダンスの関係を説明する図である。 周波数特性を説明する図である。 フレキシブルプリント基板の断面図である。 フレキシブルプリント基板の断面図である。

符号の説明

１００…光送信モジュール、１０１…筐体、１０２…リードピン、１０３…フレキシブル基板、１０４…信号パタン、１０５…グランド導体パタン、１０６…グランド導体パタン、１０７…被覆導体層、１０８…被覆導体層、１０９…絶縁体基板、１１０…絶縁層、１１１…フェルール。

Claims (4)

1. 半導体レーザ素子と電気信号によりレーザ光を変調する光変調素子とを内蔵した筐体と、該筐体の内部と外部を電気的に接続するリードピンと、該リードピンに接続されたフレキシブル基板とを有する光送信モジュールにおいて、
   前記フレキシブル基板は、前記光変調素子へ接続する信号パタンと、該信号パタンの両側に設けた第１および第２のグランド導体パタンと、前記信号パタンの裏側に設けた第３のグランド導体パタンと、前記信号パタンと併走して配置される端子パタンと、を備え、
   前記信号パタンと前記第１のグランド導体パタンと前記第２のグランド導体パタンとはコプレーナラインを形成し、前記信号パタンと前記第３のグランド導体パタンとはマイクロストリップラインを形成しており、
   前記信号パタンと前記第１および第２のグランド導体パタンとを被覆する第１の絶縁層と、前記第３のグランド導体パタンを被覆する第２の絶縁層と、前記第１の絶縁層を被覆する第１の被覆導体層と、前記第２の絶縁層を被覆する第２の被覆導体層と、を備え、
   前記端子パタンは前記第１の絶縁層および前記第１の被覆導体層と前記第２の絶縁層および前記第２の被覆導体層のいずれかで被覆されており、
   前記第１の被覆導体層は、少なくとも前記信号パタン部上にスリットを形成されていることを特徴とする光送信モジュール。
2. 請求項１に記載の光送信モジュールであって、
   前記端子パタンは前記半導体レーザに駆動電流を供給するレーザ端子パタンであることを特徴とする光送信モジュール。
3. 請求項１または請求項２に記載の光送信モジュールであって、
   前記筐体にはペルチエ素子が収納され、前記端子パタンは前記ペルチエ素子に電流を供給するペルチエ端子パタンであることを特徴とする光送信モジュール。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一に記載の光送信モジュールであって、
   前記信号パタンを伝播する電気信号のビットレートが９．９５Ｇｂｉｔ／ｓ以上であることを特徴とする光送信モジュール。

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