JP2007123739A - 光送信モジュール、光送受信モジュール及び光通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波信号の伝送特性を向上させた光送信モジュールを提供する。
【解決手段】光送信モジュール１Ａは、ステム部５にサブマウント基板４が実装され、サブマウント基板４の上面に面発光型半導体レーザ素子２が実装される。サブマウント基板４は、面発光型半導体レーザ素子２が実装される素子実装ランド７が素子実装面６に形成されると共に、素子実装ランド７の下側に、第１の空気層形成凹部１１が形成される。また、ステム部５は、第１の空気層形成凹部１１に対向して第２の空気層形成凹部１５が形成され、素子実装ランド７の下側には、第１の空気層形成凹部１１と第２の空気層形成凹部１５によって空気層１６が形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気信号を光信号に変換して出力する光送信モジュール、この光送信モジュールを備えた光送受信モジュール及び光通信装置に関する。詳しくは、差動駆動される面発光素子が実装される素子実装ランドの下側に空気層を形成することで、素子実装ランドの寄生容量を低減して、伝送線路の差動対称性を向上させるようにしたものである。

光モジュールの規格であるＸＦＰ（10Gigabit Small Form Factor Pluggable）モジュール等では、電気信号を光信号に変換して出力するため、半導体レーザ素子等を備えた光送信モジュールが実装されている。

光送信モジュールは、ＣＡＮパッケージを構成するステム部の上面にサブマウント基板を実装し、サブマウント基板に半導体レーザ素子を実装する構成となっている。そして、半導体レーザ素子として、面発光型半導体レーザ素子を使用する構成では、サブマウント基板の上面に面発光型半導体レーザ素子を実装して、焦点距離の調整を行っている。

さて、ＸＦＰモジュールのように、データの転送速度が１０Ｇｂｐｓといった高速で光通信を行う構成では、高周波特性を向上させるため、面発光型半導体レーザ素子を差動駆動する構成が提案されている。

このような光送信モジュールでは、サブマウント基板の上面に、面発光型半導体レーザ素子が実装される素子実装ランドが形成されると共に、素子実装ランド及び面発光型半導体レーザ素子と接続される一対の伝送線路が形成され、ステム部のリードとボンディングワイヤで接続される構成である（例えば、特許文献１参照）。

特表２００５−５１６４０４号公報

半導体レーザ素子を差動駆動する光送信モジュールでは、電気信号の伝送線路の電気配線長を調整することで、差動対称性が得られるようにしている。しかし、半導体レーザ素子が実装される素子実装ランドは、半導体レーザ素子と同等以上の大きさを有するので、素子実装ランドとステム部との間の寄生容量が大きく、完全な差動対称性を得るのは困難で、高周波信号の伝送特性が劣化するという問題がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、高周波信号の伝送特性を向上させた光送信モジュール、この光送信モジュールを備えた光送受信モジュール及び光通信装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る光送信モジュールは、電気信号を光信号に変換して出射する面発光素子と、面発光素子に電気信号を供給する複数本のリードを有したステム部と、ステム部の上面に実装されると共に、ステム部に対する上面に、面発光素子が実装される素子実装ランドが形成されたサブマウント基板と、一のリードと面発光素子の一方の電極を、素子実装ランドを介して接続する第１の伝送線路と、他のリードと面発光素子の他方の電極を接続する第２の伝送線路とを備え、面発光素子が差動駆動される光送信モジュールであって、素子実装ランドの下側に位置するサブマウント基板またはステム部の少なくとも一方に、サブマウント基板とステム部との間に空気層を形成する空気層形成凹部を備えたことを特徴とする。

本発明の光送信モジュールでは、面発光素子は差動駆動され、電気信号を光信号に変換して出射する。面発光素子が実装される素子実装ランドは、電気信号の伝送線路を構成するが、素子実装ランドの下側に空気層が形成されることで、寄生容量が低減されている。

本発明に係る光送受信モジュールは、光信号を送信する光送信モジュールと、光信号を受信する光受信モジュールと、電気信号の処理を行う回路基板とを備え、光送信モジュールは、電気信号を光信号に変換して出射する面発光素子と、面発光素子に電気信号を供給する複数本のリードを有したステム部と、ステム部の上面に実装されると共に、ステム部に対する上面に、面発光素子が実装される素子実装ランドが形成されたサブマウント基板と、一のリードと面発光素子の一方の電極を、素子実装ランドを介して接続する第１の伝送線路と、他のリードと面発光素子の他方の電極を接続する第２の伝送線路と、素子実装ランドの下側に位置するサブマウント基板またはステム部の少なくとも一方に、サブマウント基板とステム部との間に空気層を形成する空気層形成凹部を備え、面発光素子が差動駆動されることを特徴とする。

本発明の光送受信モジュールでは、光送信モジュールで電気信号を光信号に変換して出力すると共に、光受信モジュールで光信号を受信して、電気信号に変換して出力する。

光送信モジュールでは、電気信号を光信号に変換する面発光素子が実装される素子実装ランドは、電気信号の伝送線路を構成するが、素子実装ランドの下側に空気層が形成されることで、寄生容量が低減されている。

本発明に係る光通信装置は、光信号を送受信する光送受信モジュールと、光送受信モジュールが搭載される主基板とを備えた光通信装置において、光送受信モジュールは、光信号を送信する光送信モジュールと、光信号を受信する光受信モジュールと、電気信号の処理を行う回路基板とを備え、光送信モジュールは、電気信号を光信号に変換して出射する面発光素子と、記面発光素子に電気信号を供給する複数本のリードを有したステム部と、ステム部の上面に実装されると共に、ステム部に対する上面に、面発光素子が実装される素子実装ランドが形成されたサブマウント基板と、一のリードと面発光素子の一方の電極を、素子実装ランドを介して接続する第１の伝送線路と、他のリードと面発光素子の他方の電極を接続する第２の伝送線路と、素子実装ランドの下側に位置するサブマウント基板またはステム部の少なくとも一方に、サブマウント基板とステム部との間に空気層を形成する空気層形成凹部を備え、面発光素子が差動駆動されることを特徴とする。

本発明の光通信装置では、光送受信モジュールにより光信号が送受信される。光送受信モジュールでは、光送信モジュールで電気信号を光信号に変換して出力すると共に、光受信モジュールで光信号を受信して、電気信号に変換して出力する。

光送信モジュールでは、電気信号を光信号に変換する面発光素子が実装される素子実装ランドは、電気信号の伝送線路を構成するが、素子実装ランドの下側に空気層が形成されることで、寄生容量が低減されている。

本発明の光送信モジュールによれば、面発光素子が実装される素子実装ランドの下側に空気層を形成したので、素子実装ランドの寄生容量を低減することができる。これにより、電気信号の伝送経路における差動対称性が向上し、高周波信号の伝送特性を向上させることができる。

本発明の光送受信モジュール及び光通信装置によれば、上述した光送信モジュールを備えることで、データの転送速度を向上させ、かつ安定した光通信を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の光送信モジュール、光送受信モジュール及び光通信装置の実施の形態について説明する。

＜本実施の形態の光送信モジュールの構成例＞
図１〜図３は本実施の形態の光送信モジュールの一例を示す構成図で、図１は本実施の形態の光送信モジュール１Ａの要部構成を示す斜視図、図２は光送信モジュール１Ａの要部構成を示す側断面図、図３は光送信モジュール１Ａの全体構成を示す一部破断斜視図である。

本実施の形態の光送信モジュール１Ａは、ＴＯＳＡ（Transmitter Optical SubAssembly）と称され、面発光型半導体レーザ素子２とモニタ用フォトダイオード３を備える。面発光型半導体レーザ素子２とモニタ用フォトダイオード３は、所定の高さを有したサブマウント基板４を介してステム部５に実装されて、焦点距離が合わせられている。

面発光型半導体レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）２は面発光素子の一例で、入力された電気信号を光信号に変換する。面発光型半導体レーザ素子２は、図示しない基板と垂直方向に共振器が形成されて、素子の表面側から光を出射する。また、本例の面発光型半導体レーザ素子２は、表面に電極としてアノード端子２ａが形成されると共に、裏面に電極としてカソード端子２ｂが形成される。

モニタ用フォトダイオード３は受光素子の一例で、素子の表面側から光が入射され、入射された光信号を電気信号に変換して出力する。本例のモニタ用フォトダイオード３は、表面に電極としてアノード端子３ａとカソード端子３ｂが形成されている。

サブマウント基板４は、ステム部５に対して上面が素子実装面６となり、素子実装面６の中心付近に素子実装ランド７が形成され、素子実装ランド７に面発光型半導体レーザ素子２が実装される。ここで、素子実装ランド７は、面発光型半導体レーザ素子２の実装時の位置ずれに対応するため、面発光型半導体レーザ素子２より大きなサイズを有する。

また、サブマウント基板４は、素子実装面６の一方の端部側に第１の伝送線路８と第２の伝送線路９が形成される。第１の伝送線路８は、素子実装面６に形成された電極パッド８ａが薄膜抵抗８ｂを介して素子実装ランド７と接続されることで構成され、素子実装ランド７に実装された面発光型半導体レーザ素子２のカソード端子２ｂが、第１の伝送線路８と接続される。

第２の伝送線路９は、素子実装面６に形成された電極パッド９ａと電極パッド９ｂが薄膜抵抗９ｃを介して接続され、面発光型半導体レーザ素子２のアノード端子２ａと電極パッド９ｂがボンディングワイヤ９ｄを介して接続されることで構成され、面発光型半導体レーザ素子２のアノード端子２ａが、第２の伝送線路９と接続される。

ここで、第１の伝送線路８と第２の伝送線路９においては、後述するレーザドライバ側のインピーダンスが例えば１００Ωで、これに対して面発光型半導体レーザ素子２のインピーダンスが例えば５０Ωであるので、インピーダンスマッチングを図るために、薄膜抵抗８ｂ，９ｃを備えている。

また、第１の伝送線路８と第２の伝送線路９は、電気配線長が等しくなるようにパターン形状等が調整されている。

更に、サブマウント基板４は、素子実装面６において素子実装ランド７を挟んだ他方の端部側にパッド１０が形成され、パッド１０にモニタ用フォトダイオード３が実装される。ここで、パッド１０は、素子実装ランド７及び第１の伝送線路８，第２の伝送線路９とは電気的に独立している。

サブマウント基板４は、素子実装ランド７の形成位置の下側に第１の空気層形成凹部１１を備える。第１の空気層形成凹部１１は、ステム部５に当接するサブマウント基板４の下面を、素子実装ランド７の大きさに合わせて凹状に開口して形成される。

サブマウント基板４は、本例では、酸化アルミニウム（アルミナ）等のセラミック材で作製された第１絶縁層４ａと第２絶縁層４ｂにより構成される。第１絶縁層４ａは、所定の厚さを有した平板形状の基板で、上面が素子実装面６となって素子実装ランド７等の配線パターンが形成されると共に、下面に第２絶縁層４ｂが積層される。

第２絶縁層４ｂは、所定の厚さを有した平板形状の基板が２分割された構成で、第１絶縁層４ａの両端側の下面に積層されることで、素子実装ランド７の形成位置の下側が開口して、第１の空気層形成凹部１１が形成される。

ここで、サブマウント基板４の厚さは、本例では約２００μｍであるが、サブマウント基板４を第１絶縁層４ａと第２絶縁層４ｂを積層した構成として第１の空気層形成凹部１１を形成しても、強度上の問題は生じない。

ステム部５は円板形状で、複数本のリード１２を備える。複数本のリードの中の４本のリード１２ａ〜１２ｄは、ステム部５を貫通して取り付けられており、一方の端部となる上端がステム部５の上面から露出している。また、ステム部５は金属で作製され、各リード１２ａ〜１２ｄは、ガラス等の絶縁層１３を介してステム部５に支持されて、ステム部５とは絶縁されている。

サブマウント基板４は、ステム部５の上面の中心付近で、リード１２ａとリード１２ｂの間及びリード１２ｃとリード１２ｄとの間に実装される。ここで、サブマウント基板４に形成された第１の伝送線路８の電極パッド８ａとリード１２ａが近接し、電極パッド８ａとリード１２ａはボンディングワイヤ１４ａによって接続される。

同様に、サブマウント基板４に形成された第２の伝送線路９の電極パッド９ａとリード１２ｂが近接し、電極パッド９ａとリード１２ｂはボンディングワイヤ１４ｂによって接続される。

なお、面発光型半導体レーザ素子２と接続される第１の伝送線路８の電極パッド８ａとリード１２ａを接続するボンディングワイヤ１４ａ及び第２の伝送線路９の電極パッド９ａとリード１２ｂを接続するボンディングワイヤ１４ｂは、本例ではそれぞれ２本ずつとする。

また、サブマウント基板４に実装されたモニタ用フォトダイオード３のアノード端子３ａとリード１２ｃが近接し、アノード端子３ａとリード１２ｃはボンディングワイヤ１４ｃによって接続される。同様に、モニタ用フォトダイオード３のカソード端子３ｂとリード１２ｄが近接し、カソード端子３ｂとリード１２ｄはボンディングワイヤ１４ｄによって接続される。

ステム部５は、サブマウント基板４の下側で、サブマウント基板４に形成された第１の空気層形成凹部１１に対向した位置に第２の空気層形成凹部１５を備える。第２の空気層形成凹部１５は、サブマウント基板４が実装されるステム部５の上面の一部を、第１の空気層形成凹部１１の大きさに合わせて凹状に開口して形成される。ここで、第２の空気層形成凹部１５は、ステム部５を非貫通である。

第１の空気層形成凹部１１によって形成される空間と、第２の空気層形成凹部１５によって形成される空間はつながっており、素子実装ランド７の下側には、サブマウント基板４とステム部５の間に空気層１６が形成される。

光送信モジュール１Ａは、キャップ１７とファイバ支持筐体１８を備える。キャップ１７はキャップ部材の一例で、端部に形成される窓部１７ｂにレンズ１７ａを備えた円筒形状で、ステム部５に被せられる。レンズ１７ａは、モニタ用フォトダイオード３に向けて傾斜しており、面発光型半導体レーザ素子２から出射された光を所定の透過率で透過すると共に、一部の光をモニタ用フォトダイオード３に向けて反射する。これにより、面発光型半導体レーザ素子２から出射された光の一部がモニタ用フォトダイオード３に入射して、面発光型半導体レーザ素子２の発光量のモニタリングが行われる。

ファイバ支持筐体１８は、図示しない光ファイバを支持するスリーブ１８ａと、ステム部５に対する取付部１８ｂと、面発光型半導体レーザ素子２から出射された光を集光する集光レンズ１８ｃを備える。

ファイバ支持筐体１８は、面発光型半導体レーザ素子２から出射される光の波長に対して所定の透過率を有した透明な樹脂で、スリーブ１８ａと取付部１８ｂと集光レンズ１８ｃが一体に形成される。

スリーブ１８ａは、ファイバ支持筐体１８の一端側に形成され、図示しない光ファイバのフェルールが着脱自在に挿抜される円筒状の空間を有する。取付部１８ｂは、ファイバ支持筐体１８の他端側に形成され、ステム部５に取り付けられたキャップ１７に嵌る形状の空間を有する。取付部１８ｂは、内部中央に面発光型半導体レーザ素子２と対向して集光レンズ１８ｃが形成される。

集光レンズ１８ｃは、スリーブ１８ａに支持される図示しない光ファイバと同軸上に形成され、面発光型半導体レーザ素子２側に突出した凸レンズで、面発光型半導体レーザ素子２から出射された光を、スリーブ１８ａで支持された光ファイバの端面に集光する。

ここで、ファイバ支持筐体１８の取付部１８ｂの内径は、ステム部５に取り付けられたキャップ１７の外径より若干大きく構成され、面発光型半導体レーザ素子２から出射される光の光軸に対して直交する方向に、ファイバ支持筐体１８の位置を調整することが可能である。これにより、面発光型半導体レーザ素子２に対して、スリーブ１８ａで支持される光ファイバの光軸合わせが可能な構成となっている。

＜本実施の形態の光送信モジュールの製造工程例＞
図４は本実施の形態の光送信モジュール１Ａの製造工程の一例を示す説明図で、次に、光送信モジュール１Ａの製造工程について説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、サブマウント基板４が非実装のステム部５に対して、図４（ｂ）に示すように、上面の中心位置Ｏにドリル１９を使用して所定の深さの穴を開ける。これにより、図４（ｃ）に示すように、ステム部５に第２の空気層形成凹部１５が形成される。

次に、図４（ｄ）に示すように、ステム部５の上面に、第１絶縁層４ａと第２絶縁層４ｂが積層されて第１の空気層形成凹部１１が形成されていると共に、素子実装面６に素子実装ランド７等の配線パターンが形成されたサブマウント基板４を実装する。

ここで、サブマウント基板４は接合部材として銀ペーストを使用して実装されるが、サブマウント基板４とステム部５との間に塗布されている銀ペーストが、サブマウント基板４の実装時に第１の空気層形成凹部１１側に回り込む場合がある。但し、ステム部５に第２の空気層形成凹部１５が形成されていることで、第１の空気層形成凹部１１側に回り込んだ銀ペーストは、ステム部５側の第２の空気層形成凹部１５に入り込む構成となる。

これにより、第１の空気層形成凹部１１によって形成される空気層１６の減少を防ぐことができる。

次に、サブマウント基板４に形成された素子実装ランド７への面発光型半導体レーザ素子２の実装、パッド１０へのモニタ用フォトダイオード３の実装、更に、ワイヤボンディングを行って、ステム部５に面発光型半導体レーザ素子２とモニタ用フォトダイオード３を実装する。

更に、ステム部５にキャップ１７を被せて、ステム部５の上面側を封止すると共に、ファイバ支持筐体１８を、位置合わせを行って例えば紫外線硬化型の接着剤を使用してステム部５に接着固定する。

以上の工程で、本実施の形態の光送信モジュール１Ａが作製される。

＜本実施の形態の光送信モジュールの動作例＞
次に、本実施の形態の光送信モジュール１Ａの動作例について説明する。光送信モジュール１Ａは、面発光型半導体レーザ素子２が差動駆動され、リード１２ａとリード１２ｂの間に所定の駆動電圧が順バイアスで印加される。これにより、面発光型半導体レーザ素子２は、電気信号を光に変換して、図示しない発光点から出射する。

面発光型半導体レーザ素子２から出射された光は、キャップ１７のレンズ１７ａを透過し、ファイバ支持筐体１８の集光レンズ１８ｃに入射する。集光レンズ１８ｃに入射した光は、スリーブ１８ａに挿入されて支持されている図示しない光ファイバの端面に集光することで、光ファイバに入射して伝送される。

また、面発光型半導体レーザ素子２から出射された光の一部は、キャップ１７のレンズ１７ａで反射して、モニタ用フォトダイオード３に入射する。モニタ用フォトダイオード３に入射した光は電気信号に変換されて出力され、リード１２ｃ，１２ｄを介して接続されている図示しない回路によって、面発光型半導体レーザ素子２の発光量のモニタリングが行われる。

さて、第１の伝送線路８と第２の伝送勢路９は、差動対象性を得るために電気配線長が等しくなるように調整されている。また、第１の伝送線路８は、面発光型半導体レーザ素子２より面積が大きい素子実装ランド７が接続される。

サブマウント基板４を構成する酸化アルミニウムの誘電率は約９であるので、素子実装ランド７の下側のサブマウント基板４が直接ステム部５に実装される構成では、素子実装ランド７の寄生容量が大きくなる。

これに対して、本実施の形態の光送信モジュール１Ａでは、素子実装ランド７の下側に、第１の空気層形成凹部１１と第２の空気層形成凹部１５によって空気層１６を形成している。空気の誘電率は約１であるので、素子実装ランド７の下側に第１の空気層形成凹部１１及び第２の空気層形成凹部１５を備えて空気層１６を形成することで、素子実装ランド７の寄生容量が低減される。

また、ステム部５側に第２の空気層形成凹部１５を形成することで、サブマウント基板４の実装時に、銀ペーストが第１の空気層形成凹部１１に入り込むことで空気層１６が減少し、寄生容量が大きくなることを防いでいる。なお、第２の空気層形成凹部１５の深さが深い程、寄生容量は減少するが、ステム部５の構造上の制約等により、約０．３〜０．５ｍｍ程度の深さとすれば、寄生容量を低減させる効果を十分に得られる。

これにより、面発光型半導体レーザ素子２に接続される第１の伝送線路８と第２の伝送線路９との差動対称性が向上し、第１の伝送線路８及び第２の伝送線路９における高周波信号の伝送特性が向上する。

図５は伝送信号のアイダイヤグラムの比較例で、図５（ａ）は本実施の形態の光送信モジュール１Ａにおけるアイダイヤグラムを示し、図５（ｂ）は比較例として空気層形成凹部を備えていない従来の光送信モジュールにおけるアイダイヤグラムを示す。

図５（ｂ）に示すように、従来の光送信モジュールでは、素子実装ランドの寄生容量が大きいことにより、差動対称性が悪化することで、ジッターが増加している。これに対して、本実施の形態の光送信モジュール１Ａでは、素子実装ランド７の寄生容量が低減することにより、第１の信号線路８と第２の信号線路９の差動対称性が向上することで、ジッターが少なくなって、高周波信号の伝送特性が向上していることが確認できる。

＜本実施の形態の光送受信モジュールの構成例＞
次に、上述した光送信モジュール１Ａを備えた光送受信モジュールについて説明する。

図６は本実施の形態の光送受信モジュールの一例を示す構成図で、図６（ａ）は光送受信モジュール２１Ａの平面断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す光送受信モジュール２１ＡのＡ−Ａ断面図である。

本実施の形態の光送受信モジュール２１Ａは、光信号を送信する上述した光送信モジュール１Ａと、光信号を受信する光受信モジュール２３と、電気信号の処理を行う回路基板２４と、筐体２５を備える。

光受信モジュール２３は、ＲＯＳＡ（Receiver Optical SubAssembly）と称され、例えば、フォトダイオード等がステム部２３ａに実装される。ステム部２３ａは、フォトダイオードと接続される複数本のリード２３ｂを備え、各リード２３ｂがステム部２３ａの後面から突出している。また、受信モジュール２３は、図示しない光ファイバを支持するスリーブと、集光レンズ等を有したファイバ支持筐体２３ｃがステム部２３ａに取り付けられる。

回路基板２４は、リジット基板２６と、フレキシブル基板２７ａ〜２７ｃを備え、例えばリジット基板２６とフレキシブル基板２７ａ〜２７ｃが一体に構成されたフレックスリジット基板である。なお、回路基板２４としては、リジット基板２６にフレキシブル基板２７ａ〜２７ｃが半田付けで接続される構成でもよい。

回路基板２４は、リジット基板２６の一端側に、光送信モジュール１Ａと光受信モジュール２３に対応して、第１のフレキシブル基板である２本のフレキシブル基板２７ａ，２７ｂを備える。また、リジット基板２６の他端側に、後述するホストボード等と接続される第２のフレキシブル基板であるフレキシブル基板２７ｃを備える。

リジット基板２６は、光送信モジュール１Ａを動作させるための送信側回路部として、例えば、駆動回路であるレーザドライバＩＣや、バイアス回路、ＡＰＣ回路等を構成する単数あるいは複数のＩＣ（Integrated Circuit）チップ２６ａ等が搭載される。また、リジット基板２６は、光受信モジュール２３を動作させるための受信側回路部として、増幅回路であるＬＡ（Limiting Amplifier）−ＩＣや、受信光パワー検出回路等を構成する単数あるいは複数のＩＣチップ２６ｂ等が搭載される。なお、増幅回路としてＬＡ−ＩＣは一例で、ＬＡ−ＩＣが搭載されない構成でもよい。

フレキシブル基板２７ａ〜２７ｃは、例えば、図１に示すように、一方の面は信号配線層でマイクロストリップライン２７Ｓが形成され、他方の面は接地導体層で所定のＧＮＤパターン２７Ｇが形成されることで、インピーダンスコントロールを行っている。そして、フレキシブル基板２７ａには、図１で説明した光送信モジュール１Ａの各リード１２が半田付けにより接続され、フレキシブル基板２７ｂには光受信モジュール２３のリード２３ｂが半田付けにより接続される。なお、インピーダンスコントロールラインは、ＧＮＤパターン等によらずに形成することも可能である。

筐体２５は、光送信モジュール１Ａ、光受信モジュール２３及び回路基板２４が取り付けられる。筐体２５は、光送信モジュール１Ａのファイバ支持筐体１８に対応してコネクタ部２５ａが形成されると共に、光受信モジュール２３のファイバ支持筐体２３ｃに対応してコネクタ部２５ｂが形成される。

また、筐体２５は、内部に回路基板２４のリジット基板２６が固定され、筐体２５の他端側から外部接続用にフレキシブル基板２７ｃが露出する。ここで、光送信モジュール１Ａとリジット基板２６はフレキシブル基板２７ａで接続され、光受信モジュール２３とリジット基板２６はフレキシブル基板２７ｂで接続されているので、筐体２５に固定される光送信モジュール１Ａ及び光受信モジュール２３と、リジット基板２６の位置の誤差は、フレキシブル基板２７ａ，２７ｂの変形で吸収される。

＜本実施の形態の光通信装置の構成例＞
次に、上述した光送受信モジュール２１Ａを備えた光通信装置としてのネットワークカードについて説明する。

図７は本実施の形態のネットワークカードの一例を示す斜視図である。本実施の形態のネットワークカード３１Ａは、図６で説明した光送受信モジュール２１Ａと、ホストボード３２を備える。

ホストボード３２は主基板の一例で、一端側に光送受信モジュール２１Ａが実装される。ホストボード３２は、一端にベゼル３２ａが取り付けられ、光送受信モジュール２１Ａのコネクタ部２５ａ，２５ｂがベゼル３２ａに露出するように実装される。

また、ホストボード３２は、他端側に例えばＰＨＹ（Physical layer）用チップ３３と、ＭＡＣ（Media Access Control）用チップ３４等が実装される。なお、例えば、ＰＨＹ用チップをホストボードに搭載せずに光送受信モジュール２１Ａに搭載し、光送受信モジュール２１Ａが直接ＭＡＣ用チップ３４に接続される構成でもよい。更に、ホストボード３２は、一方の側端にＰＣＩ−Ｅｘｐｒｅｓｓ等のカードエッジコネクタ３５を備える。

ネットワークカード３１Ａでは、ホストボード３２と光送受信モジュール２１Ａの電気的接続は、光送受信モジュール２１Ａに備えたフレキシブル基板２７ｃにより行われる。フレキシブル基板２７ｃは、例えば、ホストボード３２に形成された所定の電極パッドに半田付けによって接続される。なお、ホストボード３２にコネクタを備え、フレキシブル基板２７ｃをコネクタに接続する構成としてもよい。

ネットワークカード３１Ａは、パーソナルコンピュータ等の拡張スロットに搭載され、カードエッジコネクタ３５がパーソナルコンピュータ側のコネクタと接続される。

さて、光送受信モジュール２１Ａは、上述したように、コネクタ部２５ａ，２５ｂをベゼル部３２ａに露出させるが、コネクタ部２５ａ，２５ｂの端面を所定の位置に揃えるように実装すれば、外観性が向上する。但し、各部の寸法上の誤差により、光送受信モジュール２１Ａのホストボード３２上での位置に誤差が生じる。

そこで、本実施の形態のネットワークカード３１Ａでは、ホストボード３２と光送受信モジュール２１Ａの電気的接続を、光送受信モジュール２１Ａに備えたフレキシブル基板２７ｃにより行うことで、光送受信モジュール２１Ａのホストボード３２上での位置の誤差を、フレキシブル基板２７ｃの変形で吸収する。

これにより、ネットワークカード３１Ａでは、光送受信モジュール２１Ａを、コネクタ部２５ａ，２５ｂの端面が所定の位置に揃うように実装することができ、外観性が向上する。

また、光送受信モジュール２１Ａにおいて、図６（ａ）に示すように、光送信モジュール１Ａはフレキシブル基板２７ａでリジット基板２６と接続され、光受信モジュール２３はフレキシブル基板２７ｂでリジット基板２６に接続される。これにより、光ファイバのコネクタを挿抜する際の衝撃をフレキシブル基板２７ａ，２７ｂで吸収して、リジット基板２６に伝わらないようにすることができる。

次に、本実施の形態のネットワークカード３１Ａの動作について説明する。ネットワークカード３１Ａは、光送受信モジュール２１Ａのコネクタ部２５ａ，２５ｂに図示しない光ファイバが接続され、外部の情報通信機器等との間でデータの送受信が光信号によって行われる。

まず、データを送信する動作について説明すると、ネットワークカード３１Ａは、パーソナルコンピュータ等の拡張スロットに接続されたカードエッジコネクタ３５を介して、送信されるデータが入力される。

送信されるデータは、ＭＡＣ用チップ３４及びＰＨＹ用チップ３３等により処理が行われ、フレキシブル基板２７ｃを介して光送受信モジュール２１Ａの回路基板２４に入力される。

光送受信モジュール２１Ａは、回路基板２４のリジット基板２６に実装されたレーザドライバＩＣ等のＩＣチップ２６ａ等により、送信されるデータの処理を行い、フレキシブル基板２７ａを介して光送信モジュール１Ａの面発光型半導体レーザ素子２に出力する。

面発光型半導体レーザ素子２は、送信されるデータに応じた電気信号を光信号に変換して出射する。これにより、面発光型半導体レーザ素子２から出射された光信号は図示しない光ファイバを伝送され、外部の情報通信機器に対してデータの送信が行われる。

さて、ネットワークカード３１Ａに搭載される光送信モジュール１Ａは、図１等で説明したように、面発光型半導体レーザ素子２が実装される素子実装ランド７の下側に空気層１６を形成することで、素子実装ランド７の寄生容量を低減して、信号線路における差動対称性を向上させている。

これにより、１Ｇｂｐｓ〜１０Ｇｂｐｓを超えるような高周波信号の伝送特性が向上しており、通信の品質を劣化させることなく、データの転送速度を向上させることができる。

データを受信する動作について説明すると、ネットワークカード３１Ａは、外部の情報通信機器から送信され、図示しない光ファイバを伝送された光信号が、光送受信モジュール２１Ａの光受信モジュール２３に入射する。

光受信モジュール２３に入射した光信号は電気信号に変換され、フレキシブル基板２７ｂを介して回路基板２４に入力される。光送受信モジュール２１Ａは、回路基板２４のリジット基板２６に実装された増幅回路等のＩＣチップ２６ｂ等により受信したデータの処理を行い、フレキシブル基板２７ｃを介してホストボード３２に出力する。

そして、受信したデータは、ＭＡＣ用チップ３４及びＰＨＹ用チップ３３等により処理が行われ、カードエッジコネクタ３５を介してパーソナルコンピュータ等に出力される。

本発明は、高速で光通信を行うネットワークカード等に適用される。

本実施の形態の光送信モジュールの一例を示す構成図である。 本実施の形態の光送信モジュールの一例を示す構成図である。 本実施の形態の光送信モジュールの一例を示す構成図である。 本実施の形態の光送信モジュールの製造工程の一例を示す説明図である。 伝送信号のアイダイヤグラムの比較例を示す説明図である。 本実施の形態の光送受信モジュールの一例を示す構成図である。 本実施の形態のネットワークカードの一例を示す斜視図である。

符号の説明

１Ａ・・・光送信モジュール、２・・・面発光型半導体レーザ素子、２ａ・・・アノード端子、２ｂ・・・カソード端子、３・・・モニタ用フォトダイオード、３ａ・・・アノード端子、３ｂ・・・カソード端子、４・・・サブマウント基板、４ａ・・・第１絶縁層、４ｂ・・・第２絶縁層、５・・・ステム部、６・・・素子実装面、７・・・素子実装ランド、８・・・第１の伝送線路、８ａ・・・電極パッド、８ｂ・・・薄膜抵抗、９・・・第２の伝送線路、９ａ・・・電極パッド、９ｂ・・・電極パッド、９ｃ・・・薄膜抵抗、９ｄ・・・ボンディングワイヤ、１０・・・パッド、１１・・・第１の空気層形成凹部、１２ａ〜１２ｄ・・・リード、１３・・・絶縁層、１４ａ〜１４ｄ・・・ボンディングワイヤ、１５・・・第２の空気層形成凹部、１６・・・空気層、１７・・・キャップ、１７ａ・・・レンズ、１８・・・ファイバ支持筐体、１８ａ・・・スリーブ、１８ｂ・・・取付部、１８ｃ・・・集光レンズ、２１Ａ・・・光送受信モジュール、２３・・・光受信モジュール、２４・・・回路基板、２５・・・筐体、２６・・・リジット基板、２７ａ〜２７ｃ・・・フレキシブル基板、３１Ａ・・・ネットワークカード、３２・・・ホストボード

Claims (12)

1. 電気信号を光信号に変換して出射する面発光素子と、
   前記面発光素子に電気信号を供給する複数本のリードを有したステム部と、
   前記ステム部の上面に実装されると共に、前記ステム部に対する上面に、前記面発光素子が実装される素子実装ランドが形成されたサブマウント基板と、
   一の前記リードと前記面発光素子の一方の電極を、前記素子実装ランドを介して接続する第１の伝送線路と、
   他の前記リードと前記面発光素子の他方の電極を接続する第２の伝送線路とを備え、
   前記面発光素子が差動駆動される光送信モジュールであって、
   前記素子実装ランドの下側に位置する前記サブマウント基板または前記ステム部の少なくとも一方に、前記サブマウント基板と前記ステム部との間に空気層を形成する空気層形成凹部を備えた
   ことを特徴とする光送信モジュール。
2. 前記空気層形成凹部は、前記素子実装ランドの大きさ以上の開口を有して構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の光送信モジュール。
3. 前記第１の伝送線路及び前記第２の伝送線路を構成する配線パターンが前記サブマウント基板の上面に形成され、
   前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路の電気配線長が等しくなるように構成された
   ことを特徴とする請求項１記載の光送信モジュール。
4. 前記空気層形成凹部は、前記サブマウント基板と前記ステム部の双方に形成され、前記サブマウント基板を前記ステム部に固定する接合部材が、前記ステム部に形成された空気層形成凹部に入り込むようにした
   ことを特徴とする請求項１記載の光送信モジュール。
5. 入射した光を電気信号に変換する受光素子を前記サブマウント基板に備えると共に、
   前記面発光素子から出射された光の一部を前記受光素子へ入射させる光路形成部材を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の光送信モジュール。
6. 前記光路形成部材は、前記ステム部を封止するキャップ部材の窓部に取り付けられ、前記面発光素子から出射された光を透過すると共に、前記面発光素子から出射された光の一部を反射して、前記受光素子に入射させるレンズ部材である
   ことを特徴とする請求項５記載の光送信モジュール。
7. 光ファイバを支持するスリーブと、前記面発光素子から出射された光を集光する集光レンズと、前記ステム部に対する取付部を有したファイバ支持筐体が前記ステム部に取り付けられた
   ことを特徴とする請求項１記載の光送信モジュール。
8. 光信号を送信する光送信モジュールと、
   光信号を受信する光受信モジュールと、
   電気信号の処理を行う回路基板とを備え、
   前記光送信モジュールは、
   電気信号を光信号に変換して出射する面発光素子と、
   前記面発光素子に電気信号を供給する複数本のリードを有したステム部と、
   前記ステム部の上面に実装されると共に、前記ステム部に対する上面に、前記面発光素子が実装される素子実装ランドが形成されたサブマウント基板と、
   一の前記リードと前記面発光素子の一方の電極を、前記素子実装ランドを介して接続する第１の伝送線路と、
   他の前記リードと前記面発光素子の他方の電極を接続する第２の伝送線路と、
   前記素子実装ランドの下側に位置する前記サブマウント基板または前記ステム部の少なくとも一方に、前記サブマウント基板と前記ステム部との間に空気層を形成する空気層形成凹部を備え、
   前記面発光素子が差動駆動される
   ことを特徴とする光送受信モジュール。
9. 前記回路基板は、
   前記光送信モジュール及び前記光受信モジュールと接続される第１のフレキシブル基板と、
   外部機器と接続される第２のフレキシブル基板と、
   前記第１のフレキシブル基板及び前記第２のフレキシブル基板と接続され、送信側回路部及び受信側回路部が実装されたリジット基板とを備えた
   ことを特徴とする請求項８記載の光送受信モジュール。
10. 光信号を送受信する光送受信モジュールと、
    前記光送受信モジュールが搭載される主基板とを備えた光通信装置において、
    前記光送受信モジュールは、
    光信号を送信する光送信モジュールと、
    光信号を受信する光受信モジュールと、
    電気信号の処理を行う回路基板とを備え、
    前記光送信モジュールは、
    電気信号を光信号に変換して出射する面発光素子と、
    前記面発光素子に電気信号を供給する複数本のリードを有したステム部と、
    前記ステム部の上面に実装されると共に、前記ステム部に対する上面に、前記面発光素子が実装される素子実装ランドが形成されたサブマウント基板と、
    一の前記リードと前記面発光素子の一方の電極を、前記素子実装ランドを介して接続する第１の伝送線路と、
    他の前記リードと前記面発光素子の他方の電極を接続する第２の伝送線路と、
    前記素子実装ランドの下側に位置する前記サブマウント基板または前記ステム部の少なくとも一方に、前記サブマウント基板と前記ステム部との間に空気層を形成する空気層形成凹部を備え、
    前記面発光素子が差動駆動される
    ことを特徴とする光通信装置。
11. 前記回路基板は、
    前記光送信モジュール及び前記光受信モジュールと接続される第１のフレキシブル基板と、
    前記主基板と接続される第２のフレキシブル基板と、
    前記第１のフレキシブル基板及び前記第２のフレキシブル基板と接続され、送信側回路部及び受信側回路部が実装されたリジット基板とを備えた
    ことを特徴とする請求項１０記載の光通信装置。
12. 前記回路基板は、前記第１のフレキシブル基板及び前記第２のフレキシブル基板と、前記リジット基板が一体に形成されたフレックスリジット基板で構成される
    ことを特徴とする請求項１１記載の光通信装置。
    

Images