JP6168119B2

JP6168119B2 - 光モジュール

Info

Publication number: JP6168119B2
Application number: JP2015206776A
Authority: JP
Inventors: 石井　晃; 晃石井; 眞示丸山; 杉山　昌樹; 昌樹杉山
Original assignee: Fujitsu Optical Components Ltd
Current assignee: Furukawa FITEL Optical Components Co Ltd
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2035-10-20
Also published as: US20170108757A1; JP2017078783A; US9810965B2

Description

本発明は、光モジュールに関する。

従来、光源において発生する光を変調する光変調器には、マッハツェンダ干渉計が用いられることがある。このような光変調器においては、平行な光導波路に沿って信号電極及び接地電極が設けられる。近年では、光変調方式が多様化しているため、光変調器は、複数のマッハツェンダ干渉計を備えることが多くなっている。この場合、複数のマッハツェンダ干渉計を１チップに集積することにより、光変調器のサイズを小さくすることが可能である。

複数のマッハツェンダ干渉計を備える光変調器は、複数の異なる電気信号が入力されることで多値変調信号を生成することができる。すなわち、それぞれのマッハツェンダ干渉計に対応する信号電極に、異なる電気信号が外部から入力されることにより、例えばＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase Shift Keying）方式などの多値変調方式による光変調が可能となる。

光変調器への電気信号の入力部には、コネクタが設けられることがある。しかしながら、複数の電気信号それぞれに関してコネクタが設けられると、光変調器のサイズが大きくなり、実装面積が増大する。そこで、電気信号の入力部に可撓性を有するフレキシブルプリント回路板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits）を用いることにより、装置の小型化が図られることがある。

具体的には、ＦＰＣには、光変調器の複数の信号電極に対応する複数の配線パターンがプリントされており、ドライバから出力される電気信号が、ＦＰＣにプリントされた配線パターンを介して光変調器へ入力される。ＦＰＣの光変調器側の一端は、光変調器に形成される切欠部に挿入され、各配線パターンが例えば切欠部の内部へ突出する同軸端子にはんだ付けされることにより、光変調器と電気的に接続される。一方、ＦＰＣのドライバ側の一端は、各配線パターンが例えばドライバからの電気信号を伝送する電極パターンにはんだ付けされることにより、ドライバと電気的に接続される。

ところで、装置の小型化の観点から、異なる基板を用いて光変調器とドライバとを階層状に配置し、階層状に配置された光変調器とドライバとをＦＰＣによって接続する構造が用いられることがある。

特開２００５−１２８４４０号公報

しかしながら、階層状に配置された光変調器とドライバとをＦＰＣによって接続する構造では、光変調器の配置スペースとドライバの配置スペースとが分離されるため、装置全体の実装面積が増大する恐れがある。このため、光変調器とドライバとを階層状に配置する構造は、実用的ではない。

そこで、光変調器に形成される切欠部の内部へドライバの一部を収容することにより、ドライバに対応する実装面積を削減することも考えられる。しかし、この場合には、切欠部の内部へ突出する同軸端子と、ドライバとが近接することになり、同軸端子とドライバから延伸する電極パターンとを接続するＦＰＣに急な屈曲が生じる。ＦＰＣが屈曲すると、ＦＰＣに意図しない応力が加わる結果、同軸端子とＦＰＣとの接続部分又は電極パターンとＦＰＣとの接続部分において断線が生じる恐れがある。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、実装面積を削減しつつ、断線を抑制することができる光モジュールを提供することを目的とする。

本願の開示する光モジュールは、一つの態様において、配線基板と、前記配線基板上に配置され、切欠部と、前記切欠部の内部へ突出する第１端子とを有し、前記第１端子へ入力される電気信号を用いて光変調を行う光変調器と、前記配線基板上に配置され、少なくとも一部が前記切欠部の内部へ収容され、電気信号を生成するドライバと、前記配線基板に設けられ、前記切欠部の内部において前記ドライバから延伸し、前記ドライバによって生成される電気信号を伝送する電極パターンと、一端が前記切欠部の内部において前記第１端子と電気的に接続され、他端が前記ドライバから離れる方向に延伸し、かつ、前記電極パターンと電気的に接続され、前記電極パターンによって伝送される電気信号を前記第１端子へ入力する可撓性のフレキシブル基板とを有する。

本願の開示する光モジュールの一つの態様によれば、実装面積を削減しつつ、断線を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、実施例１に係る光モジュールの構成を示す平面模式図である。図２は、実施例１に係る光モジュールの構成を示す側断面模式図である。図３は、実施例２に係る光モジュールの構成を示す側断面模式図である。図４は、変形例に係る光モジュールの構成を示す平面模式図である。

以下に、本願の開示する光モジュールの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により開示技術が限定されるものではない。

図１は、実施例１に係る光モジュールの構成を示す平面模式図である。図１に示す光モジュール１００は、プリント回路板（ＰＣＢ：Printed Circuits Board）１１０、光変調器１２０、ドライバ１３０、電極パターン１４０及びＦＰＣ１５０を有する。

ＰＣＢ１１０は、例えばガラスエポキシ基板などであり、光モジュール１００を構成する各種の部品を搭載する。ＰＣＢ１１０は、配線基板の一例である。

光変調器１２０は、図示しない光源において発生する光を変調して出力する。このとき、光変調器１２０は、ドライバ１３０から出力される電気信号に基づいて光変調を行う。具体的には、光変調器１２０は、図１に示すように、パッケージ１２５、パッケージ１２５の内部に配置された変調器チップ１２１及び中継基板１２２を有する。光変調器１２０は、更にパッケージ１２５から外部へ延びる複数のＤＣ（Direct Current）端子１２３を有していても良い。

変調器チップ１２１は、平行な光導波路と信号電極及び接地電極とから構成され、光源からの光を光導波路によって伝搬しつつ、信号電極に供給される電気信号に基づく光変調を行う。具体的には、光導波路は、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃（ＬＮ））やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₂）などの電気光学結晶を用いた結晶基板上の一部に、チタン（Ｔｉ）などの金属膜を形成し熱拡散することによって形成される。また、光導波路は、パターニング後に安息香酸中でプロトン交換することによって形成されても良い。一方、信号電極及び接地電極は、平行な光導波路に沿って形成されるコプレーナ電極である。図１においては、変調器チップ１２１に４組の平行な光導波路が形成されているため、それぞれの光導波路の組に対応する信号電極及び接地電極が形成されている。信号電極及び接地電極は、例えばそれぞれの光導波路の上にパターニングされる。そして、光導波路中を伝搬する光が信号電極及び接地電極によって吸収されるのを防ぐために、結晶基板と信号電極及び接地電極との間にバッファ層が設けられる。バッファ層としては、例えば厚さ０．２〜２μｍ程度の二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）等を用いることができる。

中継基板１２２は、ドライバ１３０から出力された電気信号を変調器チップ１２１へ中継し、変調器チップ１２１の信号電極へ入力する。図１においては、中継基板１２２は、変調器チップ１２１に形成される４つの信号電極に対応する４つの配線パターンを有する。また、中継基板１２２は、４つの配線パターンにそれぞれ電気的に接続される４つの同軸端子２０２を有する。変調器チップ１２１に形成された複数の信号電極に電気信号を入力する場合、すべての電気信号の入力部が光変調器１２０の片側に並んでいれば、実装が容易となり、実装面積が小さくてすむ。そこで、本実施例においては、光変調器１２０に中継基板１２２を配置し、光変調器１２０の片側から入力される電気信号を中継基板１２２が変調器チップ１２１へ中継する構成としている。

ＤＣ端子１２３は、変調器チップ１２１を制御する制御信号用の端子であり、光変調器１２０の側面のうち、ドライバ１３０が露出される側面に配置される。ＤＣ端子１２３に変調器チップ１２１を制御する制御信号を入力する場合、すべての制御信号の入力部が光変調器１２０の片側に並んでいれば、実装が容易となり、実装面積が小さくてすむ。そこで、本実施例においては、ＤＣ端子１２３をドライバ１３０が露出される側面に配置し、光変調器１２０の片側から入力される制御信号をＤＣ端子１２３が変調器チップ１２１のＤＣ電極へ入力する構成としている。

ドライバ１３０は、光源からの光を変調するための電気信号を生成する。すなわち、ドライバ１３０は、送信データに応じた振幅・位相の高周波な電気信号を生成し、この電気信号によって光変調器１２０を駆動する。ドライバ１３０の一部は、ＰＣＢ１１０近傍に形成されたパッケージ１２５の切欠部２０１（光変調器１２５の切欠部２０１）に収容される。これにより、ドライバ１３０に対応する実装面積が削減される。

電極パターン１４０は、ＰＣＢ１１０上にプリントされた電極パターンである。本実施例においては、中継基板１２２が有する４つの配線パターンに対応する４つの電極パターン１４０がＰＣＢ１１０上にプリントされている。電極パターン１４０とＦＰＣ１５０の配線パターンとは、はんだ付けされている。また、ＰＣＢ１１０上の電極パターン１４０は、光変調器１２０に形成された切欠部２０１の内部においてドライバ１３０から延伸しており、ドライバ１３０から出力される電気信号をＦＰＣ１５０へ伝送する。

ＦＰＣ１５０は、可撓性を有するフレキシブル基板であり、ドライバ１３０から出力される電気信号を光変調器１２０へ供給する。すなわち、ＦＰＣ１５０の一端は、光変調器１２０の中継基板１２２と電気的に接続され、ＦＰＣ１５０の他端は、ＰＣＢ１１０上の電極パターン１４０を介して、ドライバ１３０と電気的に接続される。ＦＰＣ１５０のＰＣＢ１１０側の面には、電気信号を伝搬する配線パターンが形成される。本実施例においては、中継基板１２２が有する４つの配線パターンに接続される４つの配線パターンがＦＰＣ１５０に形成される。

次に、図２を参照して光変調器１２０、ドライバ１３０及びＦＰＣ１５０の電気的な接続について説明する。図２は、実施例１に係る光モジュールの構成を示す側断面模式図である。まず、光変調器１２０とＦＰＣ１５０との接続部について、説明する。

図２に示すように、光変調器１２０に含まれるパッケージ１２５のＰＣＢ１１０近傍には、切欠部２０１が形成されており、切欠部２０１の上面から切欠部２０１の内部へ同軸端子２０２が突出している。ＦＰＣ１５０の一端は、光変調器１２０に形成された切欠部２０１に挿入され、切欠部２０１の内部において光変調器１２０の同軸端子２０２と電気的に接続される。すなわち、同軸端子２０２とＦＰＣ１５０の配線パターンとがはんだ付けされることにより、ＦＰＣ１５０と光変調器１２０とが電気的に接続される。

同軸端子２０２は、光変調器１２０内の中継基板１２２と切欠部２０１の上面とを貫通し、光変調器１２０から切欠部２０１の内部へ突出する。そして、同軸端子２０２は、さらにＦＰＣ１５０に形成されたスルーホールを貫通し、ＦＰＣ１５０のＰＣＢ１１０側の面において、はんだ２０３によって配線パターンと接続される。これにより、光変調器１２０とＦＰＣ１５０とが電気的に接続される。

また、切欠部２０１は、ドライバ１３０に対向する第１面２０１ａと、電極パターン１４０に対向する第２面２０１ｂとを上面として有する。第２面２０１ｂは、第１面２０１ａを基準として電極パターン１４０に向かって隆起しており、この第２面２０１ｂから切欠部２０１の内部へ同軸端子２０２が突出している。そして、ＦＰＣ１５０の一端は、光変調器１２０のパッケージ１２５に形成された切欠部２０１に挿入され、第２面２０１ｂにおいて光変調器１２０の同軸端子２０２と電気的に接続される。このように、ＦＰＣ１５０の一端が電極パターン１４０に近接する第２面２０１ｂにおいて光変調器１２０の同軸端子２０２と接続されることにより、同軸端子２０２と電極パターン１４０とを接続するＦＰＣ１５０の屈曲が抑制される。

次いで、ドライバ１３０とＦＰＣ１５０との接続部について、説明する。図２に示すように、ドライバ１３０の一部は、光変調器１２０のパッケージ１２５に形成された切欠部２０１の内部へ収容され、ＰＣＢ１１０上の電極パターン１４０は、切欠部２０１の内部においてドライバ１３０から延伸している。

ＦＰＣ１５０の同軸端子２０２側の一端とは反対側の他端（以下単に「他端」と呼ぶ）は、ドライバ１３０から離れる方向に延伸し、ＰＣＢ１１０上の電極パターン１４０と電気的に接続される。すなわち、ＦＰＣ１５０の配線パターンとＰＣＢ１１０上の電極パターン１４０とがはんだ２０４によって接続される。これにより、ドライバ１３０とＦＰＣ１５０とが電気的に接続される。図２の例では、ＦＰＣ１５０の他端は、ドライバ１３０から離れる方向に延伸し、切欠部２０１の外部においてＰＣＢ１１０上の電極パターン１４０と電気的に接続される。このように、一端が同軸端子２０２と接続されたＦＰＣ１５０の他端が、ドライバ１３０から離れる方向に延伸し、ＰＣＢ１１０上の電極パターン１４０と接続されることにより、同軸端子２０２と電極パターン１４０とを接続するＦＰＣ１５０の屈曲が抑制される。

ドライバ１３０と電極パターン１４０とは、ドライバ１３０から突出するリードピン２０５が電極パターン１４０にはんだ付けされることにより、電気的に接続される。すなわち、ドライバ１３０のリードピン２０５は、はんだ２０６を介して電極パターン１４０に電気的に接続される。

以上のように、本実施例によれば、ドライバの一部を光変調器に形成された切欠部へ収容し、ＦＰＣの一端を切欠部の内部において光変調器の同軸端子と接続し、他端をドライバから離れる方向へ延伸させ、かつドライバから延びる電極パターンと接続する。このため、切欠部の内部へ突出する同軸端子と、切欠部に一部が収容されたドライバとが近接する場合でも、同軸端子とドライバから延伸する電極パターンとを接続するＦＰＣの屈曲が抑制され、ＦＰＣに無駄な応力が加わらない。結果として、ドライバに対応する実装面積を削減しつつ、同軸端子とＦＰＣとの接続部分又は電極パターンとＦＰＣとの接続部分における断線を抑制することができる。

実施例２の特徴は、光変調器の側面から突出する同軸端子を設け、ＦＰＣの一端を側面において同軸端子と接続し、他端を側面に沿って延伸させ、ドライバから延びる電極パターンと接続することである。

実施例２に係る光モジュール１００の構成は、実施例１と同様であるため、その説明を省略する。実施例２では、同軸端子が突出する位置と、ＦＰＣによる同軸端子と電極パターンとの接続態様が実施例１とは異なる。

図３は、実施例２に係る光モジュールの構成を示す側断面模式図である。図３において、図１及び図２と同じ部分には同じ符号を付す。

図３に示すように、同軸端子３０２は、パッケージ１２５の側面から突出する。ＦＰＣ１５０の一端は、パッケージ側面１２５ａから突出する同軸端子３０２と電気的に接続される。すなわち、同軸端子３０２とＦＰＣ１５０の配線パターンとがはんだ付けされることにより、ＦＰＣ１５０と光変調器１２０とが電気的に接続される。

同軸端子３０２は、光変調器１２０内の中継基板１２２にはんだ付けされ、パッケージ１２５の側壁を貫通し、光変調器１２０の側面１２５ａから横向きに突出する。そして、同軸端子３０２は、さらにＦＰＣ１５０に形成されたスルーホールを貫通し、ＦＰＣ１５０の光変調器１２０とは反対側の面において、はんだ３０３によって配線パターンと接続される。これにより、光変調器１２０とＦＰＣ１５０とが電気的に接続される。

また、ＦＰＣ１５０の同軸端子３０２側の一端とは反対側の他端（以下単に「他端」と呼ぶ）は、パッケージ１２５の側面１２５ａに沿って延伸し、ＰＣＢ１１０上の電極パターン１４０と電気的に接続される。すなわち、ＦＰＣ１５０の配線パターンとＰＣＢ１１０上の電極パターン１４０とがはんだ３０４によって接続される。これにより、ドライバ１３０とＦＰＣ１５０とが電気的に接続される。図３の例では、ＦＰＣ１５０の他端は、パッケージ１２５の側面１２５ａに沿って延伸し、ＰＣＢ１１０に形成されたスルーホールＴに挿入された状態で、ＰＣＢ１１０上の電極パターン１４０と電気的に接続される。このように、一端が同軸端子３０２と接続されたＦＰＣ１５０の他端が、パッケージ１２５の側面１２５ａに沿って延伸し、ＰＣＢ１１０上の電極パターン１４０と接続されることにより、同軸端子３０２と電極パターン１４０とを接続するＦＰＣ１５０の屈曲が抑制される。

以上のように、本実施例によれば、ドライバの一部を光変調器に形成された切欠部へ収容し、ＦＰＣの一端をパッケージ１２５の側面から突出する同軸端子と接続し、他端を側面に沿って延伸させ、かつドライバから延びる電極パターンと接続する。このため、同軸端子とドライバから延伸する電極パターンとを接続するＦＰＣの屈曲が抑制され、ＦＰＣに無駄な応力が加わらない。結果として、ドライバに対応する実装面積を削減しつつ、同軸端子とＦＰＣとの接続部分又は電極パターンとＦＰＣとの接続部分における断線を抑制することができる。

また、光変調器の側面に沿って延伸するＦＰＣの他端がＰＣＢに形成されたスルーホールに挿入された状態で、ＰＣＢ上の電極パターンと接続されるため、ＦＰＣを上下方向に伸展させることができ、ＦＰＣに加わる応力を減少させることができる。

なお、上記各実施例では、ドライバ１３０の一部がパッケージ１２５に形成された切欠部２０１に収容されるものとした。しかし、ドライバ１３０の全部が光変調器１２０に形成された切欠部２０１に収容されても良い。要するに、ドライバ１３０の少なくとも一部がパッケージ１２５に形成された切欠部２０１に収容されるようにすれば良い。

また、上記各実施例では、ＤＣ端子１２３が、パッケージ１２５の側面のうち、ドライバ１３０が露出される側面に配置されるものとした。しかし、ＤＣ端子１２３は、例えば図４に示すように、パッケージ１２５の側面のうち、ドライバ１３０が露出される側面とは反対側の側面に配置されるようにしても良い。この構成により、ＤＣ端子１２３に接続される配線がドライバ１３０によって阻害される事態を回避することができ、光モジュールの設計の自由度を向上することができる。

１００光モジュール
１１０ＰＣＢ
１２０光変調器
１２１変調器チップ
１２２中継基板
１２３ＤＣ端子
１２５パッケージ
１２５ａ側面
１３０ドライバ
１４０電極パターン
１５０ＦＰＣ
２０１切欠部
２０１ａ第１面
２０１ｂ第２面
２０２、３０２同軸端子
Ｔスルーホール

Claims

配線基板と、
前記配線基板上に配置され、切欠部と、前記切欠部の内部へ突出する第１端子とを有し、前記第１端子へ入力される電気信号を用いて光変調を行う光変調器と、
前記配線基板上に配置され、少なくとも一部が前記切欠部の内部へ収容され、電気信号を生成するドライバと、
前記配線基板に設けられ、前記切欠部の内部において前記ドライバから延伸し、前記ドライバによって生成される電気信号を伝送する電極パターンと、
一端が前記切欠部の内部において前記第１端子と電気的に接続され、他端が前記ドライバから離れる方向に延伸し、かつ、前記電極パターンと電気的に接続され、前記電極パターンによって伝送される電気信号を前記第１端子へ入力する可撓性のフレキシブル基板と
を有することを特徴とする光モジュール。
前記切欠部は、前記ドライバに対向する第１面と、前記電極パターンに対向し、前記第１面を基準として前記電極パターンに向かって隆起する第２面とを有し、
前記第１端子は、前記第２面から前記切欠部の内部へ突出し、
前記フレキシブル基板の一端は、前記第２面において前記第１端子と電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
切欠部と、側面から突出する第１端子とを有し、前記第１端子へ入力される電気信号を用いて光変調を行う光変調器と、
少なくとも一部が前記切欠部の内部へ収容され、電気信号を生成するドライバと、
前記切欠部の内部において前記ドライバから延伸し、前記ドライバによって生成される電気信号を伝送する電極パターンと、
一端が前記側面において前記第１端子と電気的に接続され、他端が前記側面に沿って延伸し、かつ、前記電極パターンと電気的に接続され、前記電極パターンによって伝送される電気信号を前記第１端子へ入力する可撓性のフレキシブル基板と
を有することを特徴とする光モジュール。
前記光変調器、前記ドライバ及び前記電極パターンが実装される基板をさらに有し、
前記フレキシブル基板の他端は、前記基板に形成されたスルーホールに挿入された状態で、前記電極パターンと電気的に接続されることを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
前記ドライバの一部が前記切欠部の内部へ収容され、
前記光変調器は、当該光変調器の側面のうち、前記ドライバが露出される側面に配置された第２端子をさらに有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光モジュール。
前記ドライバの一部が前記切欠部の内部へ収容され、
前記光変調器は、当該光変調器の側面のうち、前記ドライバが露出される側面とは反対側の側面に配置された第２端子をさらに有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光モジュール。