JP7166874B2

JP7166874B2 - 光モジュール実装基板および容器実装基板

Info

Publication number: JP7166874B2
Application number: JP2018201062A
Authority: JP
Inventors: 麻衣子有賀; 悠介稲葉; 一樹山岡
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2022-11-08
Anticipated expiration: 2038-10-25
Also published as: CN112789721A; US20210234331A1; CN112789721B; JP2020068332A; WO2020085509A1

Description

本発明は、光モジュール、光モジュール実装基板および容器に関する。

光通信等に使用される光モジュールは、半導体レーザ素子等の複数の光学素子が容器内に収容された構成を有する（例えば特許文献１～４参照）。容器には、内部の光学素子を外部の制御器等と電気的に接続するためのリードピンが多数設けられている。このような光モジュールは、電気基板に実装されて用いられる。通常、リードピンは容器の実装面に垂直な面に、実装面と平行な面を形成するように一列に並べられて延びている。ここで、実装面とは、光モジュールが電気基板に実装されたときに電気基板と対向する面であり、通常は光モジュールの容器の底面である。そのため、実装の際は、各リードピンは先端側が実装面側に折り曲げられ、電気基板に形成された配線パターン等に半田等で固定される。

特開２００２－２９９６８１号公報特許第４４９４５８７号公報特開２００１－２８４６９７号公報特許第４１３４５６４号公報

光通信の大容量化に伴って、光モジュールの小型化が強く要求されている。光モジュールを小型化するには、容器も小型化する必要がある。小型化した容器に所望の数のリードピンを設けるには、リードピンの間隔（ピッチ）を、従来と比較して狭くしなければならない場合がある。しかしながら、容器の小型化がさらに進むと、所望の数のリードピンを設けることが困難になるおそれがある。

この問題を解消するために、リードピンを実装面に垂直な方向（高さ方向）に二段に設けることが考えられる。しかしながら、リードピンを高さ方向に二段に設けた場合、光モジュールを電気基板に実装するために各リードピンを実装面側に折り曲げた際に、リードピン同士が干渉するおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、リードピンの間のピッチを狭くでき、かつ電気基板への実装も容易である光モジュール、およびそのような光モジュールを実装した光モジュール実装基板、ならびに容器を提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光モジュールは、少なくとも１つの光素子と、前記少なくとも１つの光素子を収容する容器本体と、前記容器本体の側壁部に設けられた複数のリードピンと、を備え、前記複数のリードピンの少なくとも１つは前記少なくとも１つの光素子と電気的に接続しており、前記複数のリードピンは、前記側壁部の高さ方向において並ぶ複数の列を成し、かつ、上面視で隣接するリードピン同士が重ならない配置とされていることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光モジュールは、前記少なくとも１つの光素子は、半導体レーザ素子、半導体光増幅器、光変調器、受光素子のうちのいずれか１つもしくは複数の同種または異種の光素子であることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光モジュールは、前記複数のリードピンは、上面視で０．７ｍｍ以下のピッチで並んでいることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光モジュールは、前記複数のリードピンは、前記側壁部の一面のみに設けられていることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光モジュールは、前記リードピンの先端側は、前記容器の高さ方向に向いており、かつ先端が略直線状に配列していることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光モジュール実装基板は、前記光モジュールと、前記光モジュールが実装された電気基板と、を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係る容器は、容器本体と、前記容器本体の側壁部に設けられた複数のリードピンと、を備え、前記複数のリードピンは、前記側壁部の高さ方向において並ぶ複数の列を成し、かつ、上面視で隣接するリードピン同士が重ならない配置とされていることを特徴とする。

本発明の一態様に係る容器は、前記リードピンの先端側は、前記容器の高さ方向に向いており、かつ先端が略直線状に配列していることを特徴とする。

本発明によれば、リードピンの間のピッチを狭くでき、かつ電気基板への実装も容易であるという効果を奏する。

図１は、実施形態１に係る光モジュールの概略構成を示す模式図である。図２は、リードピンを折り曲げた状態の光モジュールを示す模式図である。図３は、実施形態２に係る光モジュール実装基板の概略構成を示す模式図である。図４は、実施形態３、４に係る光モジュールの概略構成を示す模式図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複説明を適宜省略する。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る光モジュールの概略構成を示す模式図である。図１において、方向を示すために、互いに直交する長手方向、幅方向および高さ方向を規定する。図１（ａ）は光モジュール１０の斜視図であり、図１（ｂ）は光モジュール１０を幅方向左側から見た図であり、図１（ｃ）は光モジュール１０を長手方向前側から見た図であり、図１（ｄ）は光モジュール１０を高さ方向上側から見た上面視の図である。

光モジュール１０は、容器１と、光素子２とを備えている。容器１は、底板部１ａと、側壁部１ｂと、上蓋部１ｃと、光ポート１ｄと、複数のリードピン１ｅとを備えている。底板部１ａは、長手方向および幅方向に広がる板状の部材である。側壁部１ｂは、高さ方向と、長手方向または幅方向に広がる４面を有する枠板状の部材であり、各面は底板部１ａと略直交している。上蓋部１ｃは、底板部１ａと対向して長手方向および幅方向に広がる板状の部材である。光ポート１ｄは、側壁部１ｂの長手方向前側に設けられている。光ポート１ｄは、外部に光を出力するまたは外部から光が入力されるためのポートであり、光の入力または出力のための光ファイバが接続される。

底板部１ａは、たとえば銅タングステン（ＣｕＷ）、銅モリブデン（ＣｕＭｏ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、銅（Ｃｕ）などの熱伝導率が高い材料からなる。上蓋部１ｃ、光ポート１ｄは、たとえばＦｅ－Ｎｉ－Ｃｏ合金、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの熱膨張係数が低い材料からなる。側壁部１ｂも主に上述したような熱膨張係数が低い材料からなるが、その幅方向左側の一部領域は、絶縁性の材質からなる配線領域が設けられている。配線領域には、導体からなる配線パターンが、容器１の内部と外部との間に延びるように形成されている。

側壁部１ｂの配線領域には、たとえばＦｅ－Ｎｉ－Ｃｏ合金、銅（Ｃｕ）などの導体からなる複数のリードピン１ｅが設けられている。リードピン１ｅの表面には、ハンダ付け性などのために、ニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）やそれらの多層めっきを施してもよい。本実施形態におけるリードピン１ｅの数は７本である。リードピン１ｅについては後に詳述する。

光素子２は、底板部１ａと、側壁部１ｂと、上蓋部１ｃとが構成する容器本体１ｆに収容されている。光素子２は、電力や電気信号等を供給されて動作する光素子である。光素子２は、たとえば半導体レーザ素子、半導体光増幅器、光変調器、受光素子である。なお、本実施形態では１つの光素子２が収容されているが、光素子２の数は少なくとも１つであればよく、複数の光素子２が収容されていてもよい。複数の光素子２は同種の光素子でもよいし、互いに異種の光素子でもよい。光素子２は、ボンディングワイヤと配線領域の配線パターンとを介し、さらに７本のリードピン１ｅのうちの少なくとも一つを介して、光モジュール１０の外部に設けられ制御器に電気的に接続されている。制御器は光モジュール１０の動作、主には光素子２の動作を制御するものであり、たとえばＩＣ（Integrated Circuit）を含んで構成されている。

７本のリードピン１ｅは、側壁部１ｂの高さ方向において並ぶ複数の列（本実施形態では２列）を成すように配置されている。本実施形態では、７本のリードピン１ｅのうち、４本のリードピン１ｅａが長手方向に一列をなすように配置されており、３本のリードピン１ｅｂが、４本のリードピン１ｅａの高さ方向下側において、長手方向に一列をなすように配置されている。

このように、７本のリードピン１ｅが２列を成すように配置されていることにより、図１（ｄ）に示すように上面視における隣接するリードピン１ｅａ、１ｅｂの間のピッチＰを狭くできる。具体的には、ピッチＰは、同じ列における隣接するリードピン１ｅａ同士、リードピン１ｅｂ同士のピッチよりも狭くでき、たとえば０．７ｍｍ以下とできる。同じ列における隣接するリードピン１ｅａ同士、リードピン１ｅｂ同士のピッチは、リードピンを設けるため必要なスペースや組立公差、リードピンの製造公差などによって制約を受けるが、本実施形態においてはその制約よりも狭いピッチＰを実現できる。

本実施形態では、さらに、７本のリードピン１ｅは、図１（ｄ）に示すように、上面視で隣接するリードピン同士が重ならない配置とされている。このような７本のリードピン１ｅは、いわゆる千鳥配置となっている。その結果、各リードピン１ｅの先端側を容器１の底面側に折り曲げられても、リードピン１ｅ同士が干渉しない。

図２は、光モジュール１０の各リードピン１ｅを折り曲げた状態のものである、光モジュール１０Ａを示す模式図である。図２（ａ）は光モジュール１０Ａの斜視図であり、図２（ｂ）は光モジュール１０Ａを幅方向左側から見た図であり、図２（ｃ）は光モジュール１０Ａを長手方向前側から見た図であり、図２（ｄ）は光モジュール１０Ａを高さ方向上側から見た上面視の図である。光モジュール１０Ａは、容器１Ａが折り曲げられた７本のリードピン１Ａｅを有する点で、光モジュール１０と異なる。光モジュール１０Ａでは、各リードピン１Ａｅの先端側は、容器１Ａの高さ方向の底面側に向いており、かつ先端が、リードピン１Ａｅが設けられた側壁部１ｂに略平行な直線Ｌに沿って、略直線状に配列している。具体的には、直線Ｌに沿って、リードピン１Ａｅａの先端とリードピン１Ａｅｂの先端とが交互に並んでいる。

これにより、リードピンの先端が２列に並んでいる場合と比較して、光モジュール１０Ａを電気基板に容易に実装でき、かつ実装した場合に、電気基板上でのリードピン１Ａｅの実装面積を小さくできる。これによって、電気基板上におけるリードピン１Ａｅの実装密度を高めることができるとともに、光モジュール１０Ａ全体としての実装面積を小さくできる。

図３は、実施形態２に係る光モジュール実装基板の概略構成を示す模式図である。この光モジュール実装基板１００は、光モジュール１０Ａと、光モジュール１０Ａが実装される電気基板２０とを備えるものである。電気基板２０には、光モジュール１０Ａの他に、電気デバイス２１、２２、２３、２４を含む複数の電気デバイスが実装されている。また、電気基板２０には、これら複数の電子デバイスと光モジュール１０Ａとを電気的に接続するための配線パターンが設けられている。電気デバイス２１、２２、２３、２４は、光モジュール１０Ａが備える光素子の動作を制御する制御器を構成している。この制御器は、図示しない上位装置とコネクタピン等を介して電気的に接続されている。この制御器は、たとえば上位装置から指令信号を受信し、その指令に基づいて、光モジュール１０Ａの動作、主には光素子２の動作を制御する。

この光モジュール実装基板１００は、上述したように電気基板２０上での光モジュール１０Ａのリードピン１Ａｅの実装面積を小さくできる。その結果、リードピン１Ａｅの実装密度を高めることができるとともに、光モジュール１０Ａ全体としての実装面積を小さくできるので、フットプリントがより小さい電気基板２０を実現できる。

なお、上記実施形態では、光モジュール１０Ａは、光モジュール１０の各リードピン１ｅを折り曲げて作製したものであるが、折り曲げによらず、リードピン１Ａｅの形状を金型などを用いて成型して、光モジュール１０Ａを作製してもよい。

（他の実施形態）
図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態３、４に係る光モジュールの概略構成を示す模式図である。

図４（ａ）に示す光モジュール１０Ｂは、図１に示す光モジュール１０の構成において、容器１を容器１Ｂに置き換えた構成を有する。容器１Ｂは、容器１の構成において、各リードピン１ｅをリードピン１Ｂｅに置き換えた構成を有する。

７本のリードピン１Ｂｅは、千鳥配置とされている。具体的には、７本のリードピン１Ｂｅは、側壁部１ｂの高さ方向において並ぶ２列を成すように配置されている。７本のリードピン１Ｂｅのうち、４本のリードピン１Ｂｅａが長手方向に一列をなすように配置されており、３本のリードピン１Ｂｅｂが、４本のリードピン１Ｂｅａの高さ方向下側において、長手方向に一列をなすように配置されている。また、７本のリードピン１Ｂｅは、上面視で隣接するリードピン同士が重ならない配置とされている。さらに、各リードピン１Ｂｅの先端側は、容器１Ｂの高さ方向（図の上下方向）の底面側に向いており、かつ先端が、リードピン１Ｂｅが設けられた側壁部１ｂに略平行な直線Ｌに沿って、略直線状に配列している。

これにより、上面視における隣接するリードピン１Ｂｅａ、１Ｂｅｂの間のピッチを、たとえば０．７ｍｍ以下と狭くできる。また、光モジュール１０Ｂを電気基板に容易に実装でき、かつ実装した場合に、電気基板上でのリードピン１Ｂｅの実装面積を小さくでき、リードピンの実装密度を高めることができるとともに、光モジュール１０Ｂ全体としての実装面積を小さくできる。

図４（ｂ）に示す光モジュール１０Ｃは、図１に示す光モジュール１０の構成において、容器１を容器１Ｃに置き換えた構成を有する。容器１Ｃは、容器１の構成において、各リードピン１ｅをリードピン１Ｃｅに置き換えた構成を有する。

７本のリードピン１Ｃｅは、千鳥配置とされている。具体的には、７本のリードピン１Ｃｅは、側壁部１ｂの高さ方向において並ぶ２列を成すように配置されている。７本のリードピン１Ｃｅのうち、４本のリードピン１Ｃｅａが長手方向に一列をなすように配置されており、３本のリードピン１Ｃｅｂが、４本のリードピン１Ｃｅａの高さ方向下側において、長手方向に一列をなすように配置されている。また、７本のリードピン１Ｃｅは、上面視で隣接するリードピン同士が重ならない配置とされている。また、各リードピン１Ｃｅの先端側は、容器１Ｃの高さ方向（図の上下方向）の底面側に向いており、かつ先端が、リードピン１Ｃｅが設けられた側壁部１ｂに略平行な直線Ｌに沿って、略直線状に配列している。

これにより、上面視における隣接するリードピン１Ｃｅａ、１Ｃｅｂの間のピッチを、たとえば０．７ｍｍ以下と狭くできる。また、光モジュール１０Ｃを電気基板に容易に実装でき、かつ実装した場合に、電気基板上でのリードピン１Ｃｅの実装面積を小さくでき、リードピンの実装密度を高めることができるとともに、光モジュール１０Ｃ全体としての実装面積を小さくできる。

なお、上記各実施形態に係る光モジュール、たとえば光モジュール１０は、各リードピン１ｅが側壁部１ｂの幅方向左側の一面のみに設けられている。このような構成は、電気基板上に、光モジュール１０と、光モジュール１０と対を成す他の光モジュールとを一緒に実装するのに適する。たとえば、光モジュール１０が光送信モジュールである場合、他のモジュールは光受信モジュールである。また、他の光モジュールを、幅方向において光モジュール１０と鏡面対称になるように構成すれば、光モジュール１０と他の光モジュールとを、容器本体同士を近接させて実装することができる。

また、上記実施形態では、リードピンは、側壁部の高さ方向において２列を成すように配置されているが、３列以上を成すように配置されていてもよい。

また、上記実施形態では、リードピンの先端側は、容器の高さ方向の底面側を向いている。その理由は、上記実施形態に係る光モジュールが基板等に実装される際に、底面側が基板等に対向するからである。しかしながら、光モジュールが基板等に実装される際に、上面側が基板等に対向する際には、リードピンの先端側は、容器の高さ方向の上面側を向いていることが好ましい。すなわち、リードピンの先端側は、容器の高さ方向に向いており、その実装態様に応じて、底面側または上面側を向いていることが好ましい。

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各実施形態の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ容器
１ａ底板部
１ｂ側壁部
１ｃ上蓋部
１ｄ光ポート
１ｅ、１ｅａ、１ｅｂ、１Ａｅ、１Ａｅａ、１Ａｅｂ、１Ｂｅ、１Ｂｅａ、１Ｂｅｂ、１Ｃｅ、１Ｃｅａ、１Ｃｅｂリードピン
１ｆ容器本体
２光素子
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ光モジュール
２０電気基板
２１、２２、２３、２４電気デバイス
１００光モジュール実装基板
Ｐピッチ

Claims

光モジュールと、
前記光モジュールが実装された電気基板と、
を備え、
前記光モジュールは、
少なくとも１つの光素子と、
前記少なくとも１つの光素子を収容する容器本体と、
前記容器本体の側壁部に設けられた複数のリードピンと、
を備え、
前記複数のリードピンの少なくとも１つは前記少なくとも１つの光素子と電気的に接続しており、
前記複数のリードピンは、前記側壁部の高さ方向において並ぶ複数の列を成し、かつ、上面視で隣接するリードピン同士が重ならない配置とされており、
前記リードピンの先端側は、前記容器の高さ方向に向いており、かつ先端が略直線状に配列しており、
前記リードピン同士が重ならない配置であり、かつ前記リードピンの先端が略直線状に配列していることによって、前記リードピンの先端が実装面積を小さくして前記電気基板に実装されている
ことを特徴とする光モジュール実装基板。
前記少なくとも１つの光素子は、半導体レーザ素子、半導体光増幅器、光変調器、受光素子のうちのいずれか１つもしくは複数の同種または異種の光素子であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール実装基板。
前記複数のリードピンは、上面視で０．７ｍｍ以下のピッチで並んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール実装基板。
前記複数のリードピンは、前記側壁部の一面のみに設けられていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の光モジュール実装基板。
容器と、
前記容器が実装された電気基板と、
を備え、
前記容器は、
容器本体と、
前記容器本体の側壁部に設けられた複数のリードピンと、
を備え、
前記複数のリードピンは、前記側壁部の高さ方向において並ぶ複数の列を成し、かつ、上面視で隣接するリードピン同士が重ならない配置とされており、
前記リードピンの先端側は、前記容器の高さ方向に向いており、かつ先端が略直線状に配列しており、
前記リードピン同士が重ならない配置であり、かつ前記リードピンの先端が略直線状に配列していることによって、前記リードピンの先端が実装面積を小さくして前記電気基板に実装されている
ことを特徴とする容器実装基板。