JP6777227B2 - 光モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光モジュールおよびその製造方法に関するものである。

従来、日本特開２０１６−１８８６２号公報に開示されているように、フレキシブル基板がモジュール本体のステムに固定された光モジュールが知られている。以下、フレキシブル基板を「Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ（ＦＰＣ）」とも称す。

日本特開２０１６−１８８６２号公報

ＦＰＣの表面には、複数の貫通穴およびこの貫通穴に達する複数の配線が設けられている。ＦＰＣの裏面には、グランド配線が設けられている。複数の配線のうち高周波配線とグランド配線とによって伝送線路が構成される。ステムとＦＰＣとの組立は次のように行われる。まず、モジュール本体のステム上にＦＰＣの裏面が載せられて、モジュール本体のリードがＦＰＣの貫通穴に挿入される。ＦＰＣの裏面がステムに乗せられることで、グランド配線がステムと接触する。次に、リードを貫通穴に挿入させた状態で、リードがＦＰＣの配線にハンダ付け固定される。

ＦＰＣが傾くなどしてグランド配線とステムとの間に隙間が生じると、グランド配線の接触不良となるので高周波特性が悪化してしまう。ＦＰＣの傾きを防止するために、両面テープ等の接着層によりフレキシブル基板をモジュール本体に仮止めすることもできる。しかしながら、両面テープ等の接着層を用いた単純な仮止め方法には欠点がある。両面テープ等の接着層がグランド配線とステムとの間に介在すると、接着層の厚みによってグランド配線とステムとの間に微小な隙間が残ってしまう。この微小な隙間によって依然として高周波特性が悪化するという問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ステムとグランド配線との接触不良を抑制することができる光モジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる光モジュールは、モジュール本体と、フレキシブル基板とを備える。前記モジュール本体は、上面および下面を有するステムと、前記ステムの前記上面の側に設けられた複数の光半導体素子と、前記ステムの前記上面と前記下面とを貫通し前記複数の光半導体素子に接続された高周波リードおよび直流リードと、を有する。前記フレキシブル基板は、前記ステムの前記下面と接するステム接触部を有する。前記ステム接触部は前記下面と接する裏面と前記裏面と反対の表面とを持つ。前記表面と前記裏面とを貫通し前記高周波リードおよび前記直流リードがそれぞれ差し込まれた高周波貫通穴および直流貫通穴が前記ステム接触部に形成されている。前記フレキシブル基板は、さらに、前記表面に設けられ前記高周波貫通穴および前記直流貫通穴に達する複数の表面配線と、前記ステム接触部の前記裏面における前記高周波貫通穴を含み且つ前記直流貫通穴を含まない第一領域に設けられた裏面グランド配線と、前記ステム接触部の前記裏面における前記第一領域を除いた領域である第二領域に設けられた裏面接着層とを有する。前記裏面グランド配線と前記裏面接着層は同じ厚さである。前記裏面グランド配線および前記裏面接着層が前記ステムの前記下面に接触している。前記高周波リードおよび前記直流リードと前記複数の表面配線とが前記表面においてハンダ付けされている。

本発明にかかる光モジュールの製造方法は、モジュール本体を準備する工程と、フレキシブル基板を準備する工程と、を備える。前記モジュール本体は、上面および下面を有するステムと、前記ステムの前記上面の側に設けられた複数の光半導体素子と、前記ステムの前記上面と前記下面とを貫通し前記複数の光半導体素子に接続された高周波リードおよび直流リードと、を有する。前記フレキシブル基板は、前記ステムの前記下面と接するステム接触部を有する。前記ステム接触部は前記下面と接する裏面と前記裏面と反対の表面とを持つ。前記表面と前記裏面とを貫通する高周波貫通穴および直流貫通穴が前記ステム接触部に形成されている。前記フレキシブル基板は、さらに、前記表面に設けられ前記高周波貫通穴および前記直流貫通穴に達する複数の表面配線と、前記ステム接触部の前記裏面における前記高周波貫通穴を含み且つ前記直流貫通穴を含まない第一領域に設けられた裏面グランド配線と、前記ステム接触部の前記裏面における前記第一領域を除いた第二領域に設けられた裏面接着層とを有する。前記光モジュールの製造方法は、さらに、前記ステムの前記下面に前記フレキシブル基板の前記裏面を載せることで、前記高周波リードを前記高周波貫通穴に挿入し、前記直流リードを前記直流貫通穴に挿入し、前記ステムの前記下面に前記裏面グランド配線および前記裏面接着層を接触させる工程と、前記高周波リードを前記高周波貫通穴に挿入し前記直流リードを前記直流貫通穴に挿入した状態で、前記高周波リードおよび前記直流リードと前記複数の表面配線とを前記表面においてハンダ付けする工程と、を備える。前記裏面グランド配線と前記裏面接着層は同じ厚さである。

本発明によれば、高周波特性に直結する高周波貫通穴の周辺を含む第一領域に裏面グランド配線が設けられ、第一領域以外の残りのスペースに裏面接着層が設けられている。裏面グランド配線と裏面接着層の厚さを同程度に調節することで、ステムと裏面グランド配線との間の隙間を抑制しつつステムとフレキシブル基板とを仮固定できる。仮固定があることで、ステムと裏面グランド配線との接触不良の状態でハンダ付けが施されることを抑制できる。

本発明の実施の形態にかかる光モジュールを示す図である。 本発明の実施の形態にかかるモジュール本体を示す図である。 本発明の実施の形態にかかるモジュール本体を示す図である。 本発明の実施の形態にかかるフレキシブル基板の表面を示す図である。 本発明の実施の形態にかかるフレキシブル基板の裏面を示す図である。 本発明の実施の形態にかかるフレキシブル基板のＡ−Ａ´線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態にかかるフレキシブル基板のＢ−Ｂ´線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態にかかるステムとフレキシブル基板の組立状態を示すＡ−Ａ´線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態にかかるステムとフレキシブル基板の組立状態を示すＢ−Ｂ´線に沿う断面図である。 実施の形態に対する比較例を示す図である。 実施の形態に対する比較例を示す図である。 実施の形態に対する比較例を示す図である。 実施の形態に対する比較例を示す図である。 実施の形態に対する比較例を示す図である。 本発明の実施の形態にかかる光モジュールの製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態にかかる光モジュールの変形例を示す図である。 本発明の実施の形態にかかる光モジュールの変形例を示す図である。

図１は、本発明の実施の形態にかかる光モジュール１を示す図である。光モジュール１は、モジュール本体１０と、フレキシブル基板１１とを備える。図２および図３は、本発明の実施の形態にかかるモジュール本体１０を示す図である。図２に示すように、モジュール本体１０は、上面２１ａおよび下面２１ｂを有するステム２１を備えている。ステム２１の上面２１ａの側には、レーザーダイオード２およびモニタフォトダイオード６が設けられている。図３はステム２１が有する下面２１ｂの平面図である。ステム２１には、ステム２１の上面２１ａと下面２１ｂとを貫通した複数のリード２２ａ〜２２ｃが設けられている。複数のリード２２ａ〜２２ｃは、グランドリード２２ａ、高周波リード２２ｂおよび直流リード２２ｃである。

図２に示すように、モジュール本体１０は、同軸型のＣＡＮパッケージモジュールである。モジュール本体１０は送信用光モジュールである。モジュール本体１０において、レーザーダイオード２は、電気信号から光信号に又はその逆に変換する。ステム２１をグランドリード２２ａが貫通し、ワイヤ５によりグランドリード２２ａとステム２１の上面２１ａに設けられた金属ブロックとが接続されている。ステム２１にはグランド電位が与えられる。図３に示すように、ステム２１を高周波リード２２ｂが貫通し、図示しないワイヤにより高周波リード２２ｂとレーザーダイオード２が接続されている。レーザーダイオード２の背面にモニタフォトダイオード６が配置されている。ワイヤ５によりモニタフォトダイオード６と直流リード２２ｃとが接続されている。レンズキャップ７によりレーザーダイオード２の出射端面に対向するようにレンズ８が配置されている。レセプタクル固定ホルダ９によりレンズ８に対向するようにレセプタクル３が配置されている。

次に図４〜図７を用いてフレキシブル基板１１の構造を説明する。図４は、本発明の実施の形態にかかるフレキシブル基板１１の表面を示す図である。図５は、本発明の実施の形態にかかるフレキシブル基板１１の裏面を示す図である。図６は、本発明の実施の形態にかかるフレキシブル基板１１のＡ−Ａ´線に沿う断面図である。図７は、本発明の実施の形態にかかるフレキシブル基板１１のＢ−Ｂ´線に沿う断面図である。フレキシブル基板１１は、外部回路基板（図示せず）とモジュール本体１０とを接続するためのものである。

フレキシブル基板１１は、誘電体１２と、誘電体１２の表面に設けられた複数の表面配線１３ａ〜１３ｃと、誘電体１２の裏面に設けられた複数の裏面配線１４ａ〜１４ｃおよび裏面接着層３１とを有する。誘電体１２は、例えばポリイミドまたは液晶ポリマなどである。複数の表面配線１３ａ〜１３ｃおよび複数の裏面配線１４ａ〜１４ｃは、銅箔などの金属で形成される。フレキシブル基板１１は、ステム接触部３０を有する。ステム接触部３０は、フレキシブル基板１１のうちステム２１の下面２１ｂと接する部分である。ステム接触部３０には、表面と裏面とを貫通したグランド貫通穴１５ａ、高周波貫通穴１５ｂおよび直流貫通穴１５ｃが形成されている。

図４に示すように、フレキシブル基板１１の表面には複数の表面配線１３ａ〜１３ｃが設けられている。複数の表面配線１３ａ〜１３ｃは、表面グランド配線１３ａと、高周波貫通穴１５ｂに達する表面高周波配線１３ｂと、直流貫通穴１５ｃに達する表面直流配線１３ｃとを含んでいる。

図５に示すように、フレキシブル基板１１の裏面には複数の裏面配線１４ａ〜１４ｃが設けられている。複数の裏面配線１４ａ〜１４ｃは、裏面グランド配線１４ａと、裏面高周波配線１４ｂと、裏面直流配線１４ｃと、を含んでいる。表面高周波配線１３ｂと裏面グランド配線１４ａは、マイクロストリップ線路等の伝送線路を形成しており、高周波信号を伝送できるようにインピーダンス調整されている。

図５に示すように、ステム接触部３０の裏面は、第一領域３０ａと第二領域３０ｂに区分される。第一領域３０ａは、ステム接触部３０の裏面において、高周波貫通穴１５ｂを含み、且つ直流貫通穴１５ｃを含まない領域である。第一領域３０ａに裏面グランド配線１４ａが設けられている。高周波貫通穴１５ｂには高周波リード２２ｂが差し込まれる（図９参照）。高周波リード２２ｂの周辺において、裏面グランド配線１４ａとステム２１の下面２１ｂとが接する。同軸線路が形成されるとともに、インピーダンスが調整されている。第一領域３０ａは、ステム接触部３０の半分以上にわたっている。第二領域３０ｂは、ステム接触部３０の裏面における第一領域３０ａ以外の残りのスペースである。第二領域３０ｂに、裏面接着層３１が設けられている。裏面グランド配線１４ａと裏面接着層３１は同じ厚さである。裏面接着層３１は、フレキシブル基板１１がステム２１から剥がれないように仮固定するためのものである。裏面接着層３１は、例えば両面テープであってもよい。裏面接着層３１は、接着剤または粘着材を第二領域３０ｂに塗布したものであっても良い。裏面接着層３１の材質には具体的な限定はない。

なお、実施の形態では、裏面グランド配線１４ａおよび裏面接着層３１は、ステム接触部３０の裏面の上で離間して設けられている。この離間部位には、誘電体１２が露出する露出部３２が設けられる。直流貫通穴１５ｃは、露出部３２に設けられている。互いに離間することで裏面グランド配線１４ａおよび裏面接着層３１の重なりを排除することができる。裏面接着層３１が、誤って直流貫通穴１５ｃを塞いだり直流貫通穴１５ｃの穴径を縮小したりすることも防止される。

図８は、本発明の実施の形態にかかるステム２１とフレキシブル基板１１の組立状態を示すＡ−Ａ´線に沿う断面図である。図９は、本発明の実施の形態にかかるステム２１とフレキシブル基板１１の組立状態を示すＢ−Ｂ´線に沿う断面図である。図８および図９は、便宜上、モジュール本体１０におけるステム２１以外の構造を省略して、ステム２１とフレキシブル基板１１の組立状態を図示している。ステム接触部３０の裏面がステム２１の下面２１ｂと接しており、裏面グランド配線１４ａおよび裏面接着層３１がステム２１の下面２１ｂに接触している。グランド貫通穴１５ａ、高周波貫通穴１５ｂおよび直流貫通穴１５ｃには、グランドリード２２ａ、高周波リード２２ｂおよび直流リード２２ｃがそれぞれ差し込まれている。グランドリード２２ａ、高周波リード２２ｂおよび直流リード２２ｃと複数の表面配線１３ａ〜１３ｃとが、ステム接触部３０の表面においてハンダ付けされている。ハンダ３６によりステム２１に対してフレキシブル基板１１が本固定されている。

２本の高周波リード２２ｂおよび直流リード２２ｃは、ガラス２３でステム２１から絶縁されている。２本の高周波リード２２ｂは、レーザーダイオード２のアノードおよびカソードにそれぞれ接続される。高周波リード２２ｂは、ガラス２３およびステム２１によって同軸構造を構成する。高周波リード２２ｂの周辺構造は、高周波信号が伝送可能なようにインピーダンス調整されている。モニタフォトダイオード６は光出力パワーを監視するためのものである。直流リード２２ｃはモニタフォトダイオード６に駆動電圧を印加するためのものであり、直流リード２２ｃには高周波信号が入力されない。従って直流リード２２ｃに高周波特性は不要である。このため、直流貫通穴１５ｃの周辺には、裏面グランド配線１４ａを設けていない。

裏面グランド配線１４ａと裏面接着層３１の厚さを同程度に調節することで、ステム２１と裏面グランド配線１４ａとの間の隙間を抑制しつつステム２１とフレキシブル基板１１とを仮固定できる。仮固定があることで、ステム２１と裏面グランド配線１４ａとの接触不良の状態でハンダ付けが施されることを抑制できる。

図１６〜図１７は、本発明の実施の形態にかかる光モジュール１の変形例を示す図である。図１６〜図１７に示すフレキシブル基板２２１〜２３１をフレキシブル基板１１の代わりにモジュール本体１０と接続して、光モジュール１を構築してもよい。図１６のフレキシブル基板２２１では、ステム接触部３０の中央領域には裏面グランド配線１４ａを設けないように第一領域３０ａを凹ませて、直流貫通穴１５ｃをステム接触部３０の中央領域に配置している。図１７のフレキシブル基板２３１では、ステム接触部３０の中央領域に裏面グランド配線１４ａを設けないように第一領域３０ａを凹ませて、裏面接着層３１をステム接触部３０の中央に配置している。なお、図示は省略するが、直流リード２２ｃの位置を、グランドリード２２ａおよび２つの高周波リード２２ｂのいずれかの位置と交換しても良い。この直流リード２２ｃの位置変更に伴って、裏面グランド配線１４ａを設ける第一領域３０ａを変形し、これに伴って裏面接着層３１を設ける位置を変更することができる。

なお、実施の形態では光モジュール１がレーザーダイオード２およびモニタフォトダイオード６という二つの光半導体素子を含んでいるが、この光半導体素子を変更しても良い。例えば、モニタフォトダイオード６に代えて又はこれとともに、レーザーダイオード２および電界吸収型光変調器を光モジュール１に搭載してもよい。この変形例では、レーザーダイオード２に対して直流リード２２ｃを介して直流の駆動電流が供給されるとともに、電界吸収型光変調器に対して高周波リード２２ｂを介して高周波の変調信号が供給される。なお、これらのレーザーダイオード２および電界吸収型光変調器という二つの光半導体素子が、モノリシック型電界吸収型光変調レーザチップという形でワンチップに集積されてもよい。

図１０〜図１４は、実施の形態に対する比較例を示す図である。図１０〜図１２に示す比較例のフレキシブル基板１１１では、裏面グランド配線１４ａがフレキシブル基板１１１の裏面全体に設けられており、裏面接着層３１が設けられていない。ステム接触部３０の第一縁部からフレキシブル基板１１１が片方向に伸びている。このため、重量のバランスが悪い。その結果、図１３および図１４のように、モジュール本体１０への実装時にステム２１の端部を支点にしてフレキシブル基板１１１が傾くおそれがある。この傾きによって、ステム２１の下面２１ｂとフレキシブル基板１１１との間に隙間１５０が形成されてしまう。フレキシブル基板１１１が傾いたままでハンダ付けがされると、ステム２１と裏面グランド配線１４ａとの接続が不十分となる。その結果高周波リード２２ｂの同軸構造が崩れるとインピーダンス不整合となり、高周波特性が劣化し、高速信号を伝送できないなどの問題点がある。

この点、実施の形態にかかるフレキシブル基板１１では、ステム接触部３０の第一縁部からフレキシブル基板１１が片方向に伸びていることは比較例と同じではあるものの、ステム接触部３０の第一縁部と反対の第二縁部に裏面接着層３１が設けられている。これにより、フレキシブル基板１１が一方向に伸びて重量バランスが悪い構造であっても十分な仮止めを行うことができる。

図１５は、本発明の実施の形態にかかる光モジュール１の製造方法を示すフローチャートである。図１５のフローチャートでは、まず、上記説明したモジュール本体１０およびフレキシブル基板１１を準備する工程が行われる（ステップＳ１００）。

次に、差込工程が行われる（ステップＳ１０２）。ステム２１の下面２１ｂにフレキシブル基板１１の裏面を載せることで、グランドリード２２ａをグランド貫通穴１５ａに挿入し、高周波リード２２ｂを高周波貫通穴１５ｂに挿入し、直流リード２２ｃを直流貫通穴１５ｃに挿入する。

次に、仮固定が行われる（ステップＳ１０４）。ステム２１の下面２１ｂに裏面グランド配線１４ａおよび裏面接着層３１を接触させることで、裏面接着層３１が仮固定を実現する。

次に、ハンダ付けが行われる（ステップＳ１０６）。グランドリード２２ａ〜直流リード２２ｃがグランド貫通穴１５ａ〜直流貫通穴１５ｃにそれぞれ挿入された状態で、グランドリード２２ａ〜直流リード２２ｃと複数の表面配線１３ａ〜１３ｃとがハンダ付けされる。ハンダ３６によりステム２１に対してフレキシブル基板１１が本固定される。仮固定があることで、ステム２１と裏面グランド配線１４ａとの接触不良の状態で本固定が施されることを抑制できる。

１ 光モジュール
２ レーザーダイオード
３ レセプタクル
５ ワイヤ
６ モニタフォトダイオード
７ レンズキャップ
８ レンズ
９ レセプタクル固定ホルダ
１０ モジュール本体
１１、１１１、２２１、２３１ フレキシブル基板
１２ 誘電体
１３ａ 表面配線（表面グランド配線）
１３ｂ 表面配線（表面高周波配線）
１３ｃ 表面配線（表面直流配線）
１４ａ 裏面配線（裏面グランド配線）
１４ｂ 裏面配線（裏面高周波配線）
１４ｃ 裏面配線（裏面直流配線）
１５ａ グランド貫通穴
１５ｂ 高周波貫通穴
１５ｃ 直流貫通穴
２１ ステム
２１ａ 上面
２１ｂ 下面
２２ａ リード（グランドリード）
２２ｂ リード（高周波リード）
２２ｃ リード（直流リード）
２３ ガラス
３０ ステム接触部
３０ａ 第一領域
３０ｂ 第二領域
３１ 裏面接着層
３２ 露出部
３６ ハンダ
１５０ 隙間

Claims (4)

1. 上面および下面を有するステムと、前記ステムの前記上面の側に設けられた複数の光半導体素子と、前記ステムの前記上面と前記下面とを貫通し前記複数の光半導体素子に接続された高周波リードおよび直流リードと、を有するモジュール本体と、
   前記ステムの前記下面と接するステム接触部を有し、前記ステム接触部は前記下面と接する裏面と前記裏面と反対の表面とを持ち、前記表面と前記裏面とを貫通し前記高周波リードおよび前記直流リードがそれぞれ差し込まれた高周波貫通穴および直流貫通穴が前記ステム接触部に形成され、さらに、前記表面に設けられ前記高周波貫通穴および前記直流貫通穴に達する複数の表面配線と、前記ステム接触部の前記裏面における前記高周波貫通穴を含み且つ前記直流貫通穴を含まない第一領域に設けられた裏面グランド配線と、前記ステム接触部の前記裏面における前記第一領域を除いた領域である第二領域に設けられた裏面接着層とを有するフレキシブル基板と、
   を備え、
   前記裏面グランド配線と前記裏面接着層は同じ厚さであり、
   前記裏面グランド配線および前記裏面接着層が前記ステムの前記下面に接触し、
   前記高周波リードおよび前記直流リードと前記複数の表面配線とが前記表面においてハンダ付けされた光モジュール。
2. 前記裏面グランド配線および前記裏面接着層は、前記裏面の上で離間して設けられ、
   前記裏面の上における前記裏面グランド配線および前記裏面接着層の間に前記直流貫通穴が設けられた請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記ステム接触部の第一縁部から前記フレキシブル基板が伸びており、
   前記ステム接触部の前記第一縁部と反対の第二縁部に前記裏面接着層が設けられた請求項１または２に記載の光モジュール。
4. 上面および下面を有するステムと、前記ステムの前記上面の側に設けられた複数の光半導体素子と、前記ステムの前記上面と前記下面とを貫通し前記複数の光半導体素子に接続された高周波リードおよび直流リードと、を有するモジュール本体を準備する工程と、
   前記ステムの前記下面と接するステム接触部を有し、前記ステム接触部は前記下面と接する裏面と前記裏面と反対の表面とを持ち、前記表面と前記裏面とを貫通する高周波貫通穴および直流貫通穴が前記ステム接触部に形成され、さらに、前記表面に設けられ前記高周波貫通穴および前記直流貫通穴に達する複数の表面配線と、前記ステム接触部の前記裏面における前記高周波貫通穴を含み且つ前記直流貫通穴を含まない第一領域に設けられた裏面グランド配線と、前記ステム接触部の前記裏面における前記第一領域を除いた第二領域に設けられた裏面接着層とを有するフレキシブル基板を準備する工程と、
   前記ステムの前記下面に前記フレキシブル基板の前記裏面を載せることで、前記高周波リードを前記高周波貫通穴に挿入し、前記直流リードを前記直流貫通穴に挿入し、前記ステムの前記下面に前記裏面グランド配線および前記裏面接着層を接触させる工程と、
   前記高周波リードを前記高周波貫通穴に挿入し前記直流リードを前記直流貫通穴に挿入した状態で、前記高周波リードおよび前記直流リードと前記複数の表面配線とを前記表面においてハンダ付けする工程と、
   を備え、
   前記裏面グランド配線と前記裏面接着層は同じ厚さである光モジュールの製造方法。

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