JPH09148675A - 光モジュールの実装構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パッケージの端子台とチップキャリアとの間
或いはＩＣ用基板とチップキャリアとの間を電気的に接
続するための優れた光モジュールの実装構造を提供す
る。 【解決手段】 少なくとも端子台２４と発光素子用基板
１４との間を、インピーダンス整合されたフレキシブル
基板２８を用いて接続して成り、このフレキシブル基板
２８は、絶縁膜と第１導体層および第２導体層とにより
構成されており、絶縁膜上の中央部にストライプ状の信
号ライン用第１導体層を設け、この第１導体層と離間さ
せ、かつ平行させてグランドライン用第２導体層を設け
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光モジュールの
実装構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光モジュールの内、特に半導体レ
ーザモジュールの実装構造については文献Ｉ（発明協会
公開公報、公技番号９３−２２２７８）に開示されたも
のがある。以下、図４を参照して従来の半導体レーザモ
ジュールの実装構造につき説明する。

【０００３】文献Ｉの実装構造では、パッケージ５０内
にチップキャリア６６と駆動ＩＣ部６７とを具えてい
る。チップキャリア６６は、パッケージ５０内の底面に
電子冷却素子５１を設け、この電子冷却素子５１上にレ
ーザ素子用基板５２を設け、このレーザ用基板５２上に
半導体レーザ素子５３を設けている。

【０００４】また、駆動ＩＣ部６７は、電子冷却素子５
１に近接させて電子冷却素子５１とほぼ同じ高さにして
保持台５４が設けてある。この保持台５４の上に駆動Ｉ
Ｃ用基板５５を設け、この駆動用基板５５上にはＩＣ素
子６１を接続するためのバンプ５７が設けてある。

【０００５】一方、パッケージ５０を密閉するふた５９
には、放熱板６０を介してＩＣ駆動用素子６１が固定さ
れており、このふた５９に取りつけられている駆動用Ｉ
Ｃ素子６１とＩＣ用基板５５はバンプ５７により接続さ
れている。そして、半導体レーザ素子５３および駆動用
ＩＣ素子６１は、パッケージ５０内に収納されている。
また、パッケージ５０には、２つの端子台６３ａおよび
６３ｂが設けられており、一方の端子台６３ａと半導体
レーザ用基板５２との間、および他方の端子台６３ｂと
ＩＣ駆動用基板５５との間、並びに半導体レーザ用基板
５２と駆動ＩＣ用基板５５との間をそれぞれボンディン
グワイヤ６５により接続されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の実装構造では、パッケージ５０の端子台６３ｂ
および駆動ＩＣ用基板５５間並びに駆動ＩＣ用基板５５
および半導体レーザ素子用基板５２との間がボンディン
グワイヤ６５によって接続されているため、このボンデ
ィングワイヤ６５の寄生インダクタンスにより高周波伝
送路間にインピーダンス不整合が生じてしまい十分な高
周波特性が得られないという問題がある。

【０００７】また、駆動用ＩＣ素子６１或いは半導体レ
ーザから発生した熱を分離するため、半導体レーザ素子
用基板５２とＩＣ駆動用基板５５とを離間させてある。
従って、半導体レーザ素子用基板５２およびＩＣ駆動用
基板５５間が広くなればなるほど、両基板間を電気的に
接続しているボンディングワイヤの寄生インダクタンス
も増加することになる。ボンディングワイヤの寄生イン
ダクタンスを低減させる方法としては、ワイヤの本数を
増やす方法も考えられるが、この方法ではボンディング
工程が増加して好ましくない。

【０００８】一方、チップキャリア内での高周波特性
（高速応答性）の劣化を抑制し、高密度実装による熱的
影響を回避するためフレキシブル基板を用いる実装構造
が、特開平４−３４９６８６号公報（以下、文献ＩＩと
いう。）に開示されている。この文献ＩＩではマイクロ
ストリップ線路型フレキシブル基板を用いて、チップキ
ャリアに設けるリードの代わりにフレキシブル基板を用
いてインピーダンス整合された伝送線路を形成してい
る。

【０００９】しかし、フレキシブル基板をチップキャリ
アに設けた場合、チップキャリアおよび端子台間並びに
駆動用ＩＣ用基板およびチップキャリア間の接続を行う
ためには、そのフレキシブル基板の高周波伝送路の構造
に合ったチップキャリア用基板、駆動ＩＣ用基板および
端子台を特別に作製して設ける必要があり、一般に市販
されている基板あるいは端子台では対応することが出来
ずコスト高になるという問題がある。

【００１０】更に、実装組み立ての際に、マイクロスト
リップ線路型フレキシブル基板を用いる場合、端子台と
チップキャリアとの間或いはＩＣ用基板とチップキャリ
アの間での位置合わせを精度良く行なうことは大変難し
いう問題があった。

【００１１】そこで、パッケージの端子台とチップキャ
リアとの間或いはＩＣ用基板とチップキャリアとの間を
電気的に接続するための優れた光モジュールの実装構造
が望まれていた。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このため、この発明の光
モジュールの実装構造によれば、端子台を有するパッケ
ージと、このパッケージ内に設けられた電子冷却素子、
この電子冷却素子上に設けられた発光素子用基板、およ
びこの基板上に設けられた発光素子により構成されたチ
ップキャリアとを具え、発光素子用基板と端子台との間
を電気的に接続する光モジュールの実装構造において、
端子台と基板との間を、インピーダンス整合されたフレ
キシブル基板を用いて接続してなり、フレキシブル基板
は、絶縁膜上の中央部に信号ライン用第１導体層とこの
第１導体層と離間させ、かつ平行なグランドライン用第
２導体層とにより構成して成ることを特徴とする。

【００１３】また、端子台および発光素子用基板の一部
表面に伝送路パターンを具えているのが好適である。

【００１４】このように、インピーダンス整合されたフ
レキシブル基板を用いて端子台および発光素子用基板間
を電気的に接続することにより、実質的に端子台および
発光素子用基板間を熱的に分離することが出来るので、
環境温度（ここで環境温度とはモジュールを駆動させた
とき発生する熱や外気温度等のことをいう。）の変動等
に対して安定な発光動作が可能になり、かつ発光素子を
高速動作させたときのインピーダンス不整合による波形
劣化を回避出来る。

【００１５】また、フレキシブル基板を用いることによ
り、環境温度の変動に伴って発生する端子台と発光素子
用基板との間の位置づれを吸収出来る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
光モジュール、特に半導体レーザモジュールの実装構造
の実施形態につき説明する。尚、図１〜図３は、この発
明が理解できる程度に各構成成分の形状、大きさ及び配
置関係を概略的に示してあるにすぎない。

【００１７】［構造の説明］図１の（Ａ）および（Ｂ）
は、半導体レーザモジュールの実装構造を説明するため
の平面図およびＸーＸ線に沿って切断したときの断面図
である。

【００１８】この実施形態のモジュールは、パッケージ
１０と、このパッケージ１０内に収納されているチップ
キャッ１１およびフレキシブル基板２８とにより構成さ
れている。このパッケージ１０は、端子台（ここでは高
周波用端子台）２４、電源供給用端子台２６、レンズ４
０および光ファイバ４２を具えている。高周波用端子台
２４には、所望の特性インピーダンスを有するコプレナ
線路型の高周波伝送路を形成している。詳細は後述す
る。

【００１９】パッケージ１０内に収納されているチップ
キャリア１１は、電子冷却素子１２、この冷却素子１２
上に設けられた発光素子用基板１４、この基板１４上に
設けられた高周波基板１６、ヒートシンク１８、このヒ
ートシンク１８上に設けられた発光素子（ここでは半導
体レーザと称する。）２０、およびインピーダンス整合
抵抗（終端抵抗ともいう。）２２により構成されてい
る。また、発光素子用基板（ここでは高周波基板と称す
る。）１６表面には、高周波用端子台２４と同様にコプ
レナ線路型高周波伝送路が形成されている。

【００２０】次に、この実施形態に用いるフレキシブル
基板の構造を図２の（Ａ）および（Ｂ）を参照して説明
する。

【００２１】図２の（Ａ）は、フレキシブル基板の平面
図、（Ｂ）はＹ−Ｙ線に沿って切断したときの断面図を
示している。

【００２２】このフレキシブル基板２８は、柔軟性を有
する絶縁膜（例えばポリイミド膜）２９と第１導電体層
３１および２つの第２導電体層３３ａおよび３３ｂとに
より構成されている。尚、この実施形態では、絶縁膜２
９上の中央部にストライプ状の信号ライン用第１導電体
層３１を設け、この第１導電体層３１と離間させ、かつ
平行させてグランドライン用第２導体層３３ａおよび３
３ｂを設けている。

【００２３】また、前述した高周波用端子台２４および
高周波基板１６の伝送パターンは、フレキシブル基板２
８の第１導電体層３１、および第１導体層３１と第２導
電体層３３ａおよび３３ｂとのそれぞれの間のギャップ
（間隔）ｇとほぼ同じ形状に形成されている。すなわ
ち、高周波用端子台２４の表面には、中央部に信号ライ
ン２４ａが設けられており、この信号ライン２４ａと離
間させ、かつ平行な２つのグランドライン２４ｂおよび
２４ｃが設けられている。

【００２４】また、高周波基板１６の表面には、中央部
に信号ライン１６ａが設けられており、この信号ライン
１６ａと離間させ、かつ平行な２つのグランドライン１
６ｂおよび１６ｃが設けられている（図１の（Ａ）参
照）。

【００２５】また、この実施形態では、高周波用端子台
２４と高周波基板１６との間をフレキシブル基板２８を
用いて接続し、高周波基板１６と半導体レーザ２０との
間をボンディングワイヤ３０で接続し、ヒートシンク１
８と終端抵抗２２との間をボンディングワイヤ３２で接
続し、電子冷却素子１２と電源供給用端子台２６との間
をボンディングワイヤ３４でそれぞれ接続してある。ま
た、高周波用端子台２４にはリード３６が接続されてお
り、電源供給用端子台２６にはリード３８が接続されて
いる。

【００２６】［実装方法］次に、図１および図２を参照
して、この発明の半導体レーザモジュールの実装方法に
つき説明する。

【００２７】この実施形態では、パッケージ１０内の底
面に電子冷却素子１２を固定する。続いて、この電子冷
却素子１２上に発光素子用基板１４を固定する。

【００２８】次に、この基板１４上に高周波基板１６、
ヒートシンク１８および終端抵抗２２を固定する。ま
た、ヒートシンク１８上には半導体レーザ２０を固定す
る。

【００２９】次に、ワイヤボンディング法を用いて、高
周波基板１６の信号ライン１６ａと半導体レーザ２０と
の間をボンディングワイヤ３０で接続し、ヒートシンク
１８と終端抵抗２２との間をボンディングワイヤ３２で
接続し、更に、電子冷却素子１２と端子台２６との間を
ボンディングワイヤ３４でそれぞれ電気的に接続する。

【００３０】次に、高周波用端子台２４および高周波基
板１６間をバンプまたは半田等によりフレキシブル基板
２８を用いて電気的に接続する。既に説明したように、
高周波用端子台２４には、フレキシブル基板２８とほぼ
同じ形状の信号ライン２４ａが形成されているので、フ
レキシブル基板２８の第１導体層３１と端子台２４の信
号ライン２４ａとを接続し、また、高周波基板１６の一
部には信号ライン１６ａが形成されているので、フレキ
シブル基板２８の第１導体層３１と高周波基板１６の信
号ライン１６ａとを接続する。同様にして、フレキシブ
ル基板２８の第２導体層３３ａおよび３３ｂと高周波用
端子台２４のグランドライン２４ｂおよび２４ｃとを接
続し、フレキシブル基板２８の第２導体層３３ａおよび
３３ｂと高周波基板１６のグランドライン１６ｂおよび
１６ｃとをそれぞれ接続する。

【００３１】また、パッケージ１０の外側の高周波用端
子台２４には、任意好適な方法を用いてリード３６を接
続し、電源供給用端子台２６にもリード３８を接続す
る。

【００３２】次に、フレキシブル基板２８を、高周波用
端子台２４および高周波基板１６のインピーダンス特性
と整合させる方法につき図２の（Ａ）および（Ｂ）を参
照して説明する。

【００３３】フレキシブル基板２８のインピーダンスを
設定するには、端子台２４および高周波基板１６のイン
ピーダンスと同一になるようにフレキシブル基板２８の
絶縁膜２９の膜厚ｈ、第１導体層３１の幅ｗ、第１導体
層３１の膜厚ｔ、第１導体層３１と第２導体層３３ａお
よび３３ｂとの間のギャップｇ、および絶縁膜３１の比
誘電率ε_r を決める。このようなパラメータを予め決め
ておいて絶縁膜３１上に第１導体層３１と第２導体層３
３ａおよび３３ｂとを形成する。このようにしてフレキ
シブル基板２８と端子台２４および高周波基板１６のイ
ンピーダンス特性とを整合させる。従って、端子台２４
と高周波基板１６との間のインピーダンス特性と高周波
基板１６と終端抵抗２２の出力端子との間のインピーダ
ンス特性を同一に出来るので、入力信号としての高周波
波形の歪みが低減される。

【００３４】また、端子台２４および高周波基板１６に
は、フレキシブル基板２８の伝送路パターンとほぼ同じ
形状の伝送路パターンが形成されているので、端子台２
４とフレキシブル基板２８またはフレキシブル基板２８
と高周波基板１６との間の接続合わせを従来に比べ精度
良く行なうことが出来る。また、フレキシブル基板２８
を用いることにより、環境温度に対しても端子台２４と
高周波基板１６との位置ずれを吸収出来るという利点が
ある。

【００３５】次に、半導体レーザから出力された出力光
をレンズ４０に集光させて光ファイバ４２に入射させた
とき、最大総合効率が得られるように例えばＹＡＧレー
ザとか半田とかを用いてレンズ４０および光ファイバ４
２をパッケージ１０に固定する。

【００３６】次に、図３を参照して、パッケージ１０内
に駆動ＩＣが付加された半導体レーザモジュールの実装
構造例につき説明する。

【００３７】図３は、パッケージ内に駆動用ＩＣ部が加
わったときのモジュール構造を示す断面図である。

【００３８】この例では、上述した半導体レーザ２０の
構成の他に端子台２４とチップキャリア１１との間に駆
動ＩＣ部４８を設けている。この駆動ＩＣ部４８は、保
持台４３と、この保持台４３上に設けられた駆動ＩＣ用
基板４４とこの駆動ＩＣ用基板４４上にバンプ４５を介
して設けられた駆動用ＩＣ４６とにより構成されてい
る。そして、ＩＣ用基板４４上には、既に説明した端子
台２４や高周波基板１６と同様な形状を有する伝送パタ
ーンが形成されている（図示せず）。このため、端子台
２４とＩＣ用基板４４との間を第２フレキシブル基板４
７により電気的に接続することが出来る。

【００３９】一方、駆動ＩＣ部４８の第２フレキシブル
基板４７と対向する駆動ＩＣ用基板４４上にも既に説明
した端子台２４や高周波基板１６と同様な伝送路パター
ンが形成されているので、駆動ＩＣ部４８とチップキャ
リア１１との間をフレキシブル基板２８で接続する。そ
の他の実装方法は図２で説明した方法と同様にして行な
うので詳細な説明は省略する。

【００４０】上述した実施形態では、半導体レーザモジ
ュールにフレキシブル基板を適用した例につき説明した
が、半導体レーザの代わりにフォトダイオードとか半導
体光変調器を用いたモジュールにも適用可能である。

【００４１】

【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
発明の光モジュールの実装構造によれば、端子台と発光
素子用基板との間をインピーダンス整合されたフレキシ
ブル基板を用いて接続してある。そして、このフレキシ
ブル基板は、絶縁膜上の中央部にストライプ状の信号ラ
イン用第１導体層を設け、この第１導体層と離間させ、
かつ平行させてグランドライン用第２導体層を設けてい
る。このような、フレキシブル基板を用いて端子台およ
び発光素子用基板間を電気的に接続することにより、端
子台および発光素子用基板のインピーダンス特性とフレ
キシブル基板とのインピーダンス特性を同一に整合させ
ることができるので、高周波特性の波形歪みがなくな
る。従って、発光素子の特性が良くなり、安定した動作
が可能になる。また、フレキシブル基板を用いることに
より、環境温度の変動に伴う端子台と発光素子用基板と
の位置ずれが吸収できるので、信頼性が向上する。ま
た、端子台、発光素子用基板およびフレキシブル基板は
市販品を使用出来るので、光モジュールを安価に作製出
来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）〜（Ｂ）は、この発明の第１実施形態の
半導体レーザモジュールの実装構造を説明するための平
面図および断面図である。

【図２】（Ａ）〜（Ｂ）は、この発明のフレキシブル基
板の概略的構造を説明するための平面図および断面図で
ある。

【図３】この発明の第２実施形態の半導体レーザモジュ
ールの実装構造を説明するための断面図である。

【図４】従来の半導体レーザモジュールの実装構造を説
明するための断面図である。

【符号の説明】

１０：パッケージ １１：チップキャリア １２：電子冷却素子 １４：発光素子用基板 １６：高周波基板 １８：ヒートシンク ２０：半導体レーザ ２２：終端抵抗 ２４：高周波用端子台 ２６：電源供給用端子台 ２８：フレキシブル基板 ３０、３２、３４：ボンディングワイヤ ３６、３８：リード

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端子台を有するパッケージと、該パッケ
   ージ内に設けられた電子冷却素子、該電子冷却素子上に
   設けられた発光素子用基板、および該基板上に設けられ
   た発光素子により構成されたチップキャリアとを具え、
   前記基板と前記端子台との間を電気的に接続する光モジ
   ュールの実装構造において、 少なくとも前記端子台と前記基板との間を、インピーダ
   ンス整合されたフレキシブル基板を用いて接続して成
   り、 前記フレキシブル基板は、絶縁膜と第１導体層および第
   ２導体層とにより構成されており、前記絶縁膜上の中央
   部にストライプ状の信号ライン用第１導体層を設け、該
   第１導体層と離間させ、かつ平行させてグランドライン
   用第２導体層を設けて成ることを特徴とする光モジュー
   ルの実装構造。