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発明の名称 フレキシブル基板付き光モジュール
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−67380(P2007−67380A)
公開日 平成19年3月15日(2007.3.15)
出願番号 特願2006−204089(P2006−204089)
出願日 平成18年7月27日(2006.7.27)
代理人 【識別番号】100080816
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 朝道
発明者 御田村 和宏 / 伊藤 栄記 / 渡邊 功
要約 課題
高周波特性を改善すること。

解決手段
フレキシブル基板30は、ポリイミド層33の両面に表面配線層32および裏面配線層34が形成されている。表面配線層32は、光モジュール10のリード11と電気的に接続する複数の配線パターン32aを有する。裏面配線層34は、配線パターン32aと電気的に絶縁されるようにポリイミド層33の片側全面に配されるとともに、少なくとも裏面配線層34の一部がリード11に対してスタブ構造となるスタブ部位34aの所定位置にて光モジュール10のステム12と電気的に接続される。
特許請求の範囲
【請求項1】
光素子が内装されるとともにステムの外部に複数のリードが引き出された光モジュールと、
前記光モジュールと電気的に接続するフレキシブル基板と、
を備え、
前記フレキシブル基板は、樹脂層の両面に第1配線層および第2配線層が形成され、
前記第1配線層は、前記リードと電気的に接続する複数の配線パターンを有し、
前記第2配線層は、前記配線パターンと電気的に絶縁されるように前記樹脂層の片側全面に配されるとともに、少なくとも前記第2配線層の一部が前記リードに対してスタブ構造となるスタブ部位の所定位置にて前記ステムと電気的に接続されることを特徴とするフレキシブル基板付き光モジュール。
【請求項2】
光素子が内装されるとともにステムの外部に複数のリードが引き出された光モジュールと、
前記光モジュールを駆動する回路基板と、
前記光モジュールと前記回路基板を電気的に接続するフレキシブル基板と、
を備え、
前記フレキシブル基板は、樹脂層の両面に第1配線層および第2配線層が形成され、
前記第1配線層は、前記リードと前記回路基板の駆動回路とを電気的に接続する複数の配線パターンを有し、
前記第2配線層は、前記配線パターンと電気的に絶縁されるように前記樹脂層の片側全面に配されるとともに、前記回路基板のグランドと電気的に接続され、かつ、少なくとも前記第2配線層の一部が前記リードに対してスタブ構造となるスタブ部位の所定位置にて前記ステムと電気的に接続されることを特徴とするフレキシブル基板付き光モジュール。
【請求項3】
前記第1配線層は、前記第2配線層の前記スタブ部位と対応する位置に前記配線パターンと電気的に絶縁されたダミー配線パターンを有し、
前記ダミー配線パターンは、前記スタブ部位の所定位置にて前記第2配線層および前記ステムと電気的に接続されることを特徴とする請求項1又は2記載のフレキシブル基板付き光モジュール。
【請求項4】
前記ダミー配線パターンは、前記スタブ部位の所定位置にて前記第2配線層とビア接続されていることを特徴とする請求項3記載のフレキシブル基板付き光モジュール。
【請求項5】
前記第2配線層は、前記ステムと重なる部位の全体又は一部にて前記ステムと電気的に接続されることを特徴とする請求項1又は2記載のフレキシブル基板付き光モジュール。
【請求項6】
前記第2配線層は、半田又は導電性樹脂を介して前記ステムと電気的に接続されることを特徴とする請求項5記載のフレキシブル基板付き光モジュール。
【請求項7】
前記フレキシブル基板付き光モジュールは、光トランシーバであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一に記載のフレキシブル基板付き光モジュール。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、フレキシブル基板を介して光モジュールと回路基板との電気的接続が行われたフレキシブル基板付き光モジュールに関し、特に、高周波特性を改善することができるフレキシブル基板付き光モジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、XFP(10ギガビット・スモール・フォーム・ファクタ・プラガブル)等の光トランシーバ101は、筐体120内に光モジュール110(受光素子、発光素子)が実装されており、10GBpsクラスの高周波伝送特性を確保するために、フレキシブル基板130を介して光モジュール110と回路基板150(駆動回路を有するボード)との電気的接続が行われている(図3参照、特許文献1参照)。このような構成にする理由の1つは、フレキシブル基板130を用いずに、図4のように光モジュール110のリード111を折り曲げて回路基板150に直接、電気的接続(半田付け)すると、リード111部分でインダクタンス成分が見えてしまい、高周波特性が著しく劣化するからである(図4参照)。
【0003】
【特許文献1】特開2001‐298217号公報
【特許文献2】特開平9‐214086号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来例1(図3参照)の光トランシーバ101のように、フレキシブル基板130を用いて光モジュール110と回路基板150との電気的接続を行うと、以下のような問題が生ずる。
【0005】
図5を参照すると、高周波電流Iの大部分は、光モジュール110の本体から、リード111、フレキシブル基板130の配線パターン132aを介して、回路基板150へと流れる。また、わずかではあるが、光モジュール110の本体から、リード111を介して、フレキシブル基板130の裏面配線層134へも高周波電流I´が流れる。その理由は、直流的に絶縁(リード111と裏面配線層134が絶縁)されていても、リード111からフレキシブル基板130の裏面配線層134へ向かって、Maxwell方程式で説明される変位電流がわずかに流れるからである。
【0006】
また、図5では、フレキシブル基板130はリード111部分でしか半田付けされていない。この場合、フレキシブル基板130の裏面配線層134のうち丸で囲ったスタブ部位134aでは、スタブ構造(電流を分岐する伝送路を有する構造)が潜在的に存在することになる。スタブ部位134aは、長さに応じて特定の周波数で共振(スタブ部位134aへの電流が共鳴的に増大する現象)、意図しないコモンモード電流路形成による放射、GND揺らぎ(0[V]からのずれ)等が起こり、高周波特性(Sパラメータ、アイ開口におけるマスクマージン等)が劣化するおそれがあった。
【0007】
なお、裏面配線層134においてスタブ部位134aを排除した場合、スタブ構造はなくなるが、配線パターン132aに高周波電流Iが流れたとき、意図しない線状アンテナ、ループアンテナが形成され、極めて電磁波の放射が起こりやすく外部回路に悪影響を及ぼす。
【0008】
本発明の主な課題は、高周波特性を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の第1の視点においては、フレキシブル基板付き光モジュールにおいて、光素子が内装されるとともにステムの外部に複数のリードが引き出された光モジュールと、前記光モジュールと電気的に接続するフレキシブル基板と、を備え、前記フレキシブル基板は、樹脂層の両面に第1配線層および第2配線層が形成され、前記第1配線層は、前記リードと電気的に接続する複数の配線パターンを有し、前記第2配線層は、前記配線パターンと電気的に絶縁されるように前記樹脂層の片側全面に配されるとともに、少なくとも前記第2配線層の一部が前記リードに対してスタブ構造となるスタブ部位の所定位置にて前記ステムと電気的に接続されることを特徴とする。
【0010】
本発明の第2の視点においては、フレキシブル基板付き光モジュールにおいて、光素子が内装されるとともにステムの外部に複数のリードが引き出された光モジュールと、前記光モジュールを駆動する回路基板と、前記光モジュールと前記回路基板を電気的に接続するフレキシブル基板と、前記光モジュール、前記回路基板、および前記フレキシブル基板を内装する筐体と、を備え、前記フレキシブル基板は、樹脂層の両面に第1配線層および第2配線層が形成され、前記第1配線層は、前記リードと前記回路基板の駆動回路とを電気的に接続する複数の配線パターンを有し、前記第2配線層は、前記配線パターンと電気的に絶縁されるように前記樹脂層の片側全面に配されるとともに、前記回路基板のグランドと電気的に接続され、かつ、少なくとも前記第2配線層の一部が前記リードに対してスタブ構造となるスタブ部位の所定位置にて前記ステムと電気的に接続されることを特徴とする。
【0011】
本発明の前記フレキシブル基板付き光モジュールにおいて、前記第1配線層は、前記第2配線層の前記スタブ部位と対応する位置に前記配線パターンと電気的に絶縁されたダミー配線パターンを有し、前記ダミー配線パターンは、前記スタブ部位の所定位置にて前記第2配線層および前記ステムと電気的に接続されることが好ましい。
【0012】
本発明の前記フレキシブル基板付き光モジュールにおいて、前記ダミー配線パターンは、前記スタブ部位の所定位置にて前記第2配線層とビア接続されていることが好ましい。
【0013】
本発明の前記フレキシブル基板付き光モジュールにおいて、前記第2配線層は、前記ステムと重なる部位の全体又は一部にて前記ステムと電気的に接続されることが好ましい。
【0014】
本発明の前記フレキシブル基板付き光モジュールにおいて、前記第2配線層は、半田又は導電性樹脂を介して前記ステムと電気的に接続されることが好ましい。
【発明の効果】
【0015】
本発明(請求項1−7)によれば、フレキシブル基板の裏面配線層のうちスタブ部位の共振周波数を大きく上昇させることができ、高周波特性が劣化するという問題を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
(実施形態1)
本発明の実施形態1に係る光トランシーバについて図面を用いて説明する。図1は、本発明の実施形態1に係る光トランシーバの構成を模式的に示した(A)筐体内の側面図、(B)矢印L方向から見たときの図、(C)X−X´間の部分断面図である。
【0017】
光トランシーバは、フレキシブル基板30を介して光モジュール10と回路基板50との電気的接続が行われたフレキシブル基板付き光モジュールであり、光モジュール10と、筐体20と、フレキシブル基板30と、回路基板50と、を有する。
【0018】
光モジュール10は、電気信号を光信号に変換し、シングルモードファイバ(SMF)またはマルチモードファイバ(MMF)を伝送路として、通信機器やネットワーク機器、コンピュータ、記憶装置間でデータの送受信を行うための装置である。光モジュール10には、例えば、伝送速度1〜20Gbps、周波数0〜17.5GHzの周波数成分を含むデジタル信号を扱うものを用いることができる。光モジュール10は、筐体20内に実装され、受信側の場合には受光素子を有し、送信側の場合には発光素子を有する。光モジュール10は、受光素子又は発光素子(光素子)が円筒状の筐体およびステム12によって内装され、サブモジュール化されている。光モジュール10は、受光素子又は発光素子と電気的に接続するとともにステム12の外部に引き出された複数のリード11を有する。リード11は、半田40を介して対応する配線パターン32aと電気的に接続されている。ステム12は、リード11と電気的に絶縁されており、裏面配線層34のスタブ部位34aに形成された貫通孔にて半田60を介してフレキシブル基板30のダミー配線パターン32bおよびスタブ部位34aと電気的に接続されている。
【0019】
筐体20は、光モジュール10、フレキシブル基板30、および回路基板50を内装する。筐体20は、光モジュール10の端部に通ずる開口部を有する。筐体20は、例えば、図3(A)と同様な外観構成とすることができる。
【0020】
フレキシブル基板30は、所定厚さのポリイミド層33の両面に所定厚さの銅箔よりなる表面配線層32および裏面配線層34が形成され、表面配線層32側の面がカバー層31で覆われ、裏面配線層34側の面がカバー層35で覆われている。フレキシブル基板30は、筐体20内にて湾曲した状態で配される。フレキシブル基板30は、光モジュール10のリード11と対応する位置に貫通孔を有し、当該貫通孔に挿入された光モジュール10のリード11と対応する表面配線層32の配線パターン32aとが電気的に接続されており、光モジュール10のリード11とダミー配線パターン32bおよび裏面配線層34とは電気的に絶縁されている。フレキシブル基板30は、裏面配線層34のスタブ部位34aの所定位置に貫通孔を有し、当該貫通孔にてステム12とダミー配線パターン32bおよび裏面配線層34とが電気的に接続されており、ステム12と配線パターン32aとが電気的に絶縁されている。なお、フレキシブル基板30の基板厚は、例えば、50μm程度である。フレキシブル基板30の比誘電率は、例えば、3.4程度である。配線パターン32aの各配線幅は、例えば、100μm程度である。
【0021】
表面配線層32では、光モジュール10の各リード11と対応する複数の配線パターン32aと、スタブ部位34aと対応するダミー配線パターン32bと、が形成されている。各配線パターン32aは、半田40を介して対応するリード11と電気的に接続するとともに、回路基板50の駆動回路の電極(図示せず)と電気的に接続している。ダミー配線パターン32bは、各配線パターン32aと電気的に絶縁しており、裏面配線層34のスタブ部位34aに形成された貫通孔にてスタブ部位34aとビア接続しており、半田60を介してステム12と電気的に接続している。
【0022】
裏面配線層34は、フレキシブル基板30の貫通孔に配された半田40(配線パターン32a)と電気的に絶縁されるようにポリイミド層33の片側全面に配され、スタブ部位34aの所定位置にてダミー配線パターン32bと電気的に接続し、スタブ部位34aの所定位置にて半田60を介してステム12と電気的に接続し、回路基板50のGND(図示せず)と電気的に接続している。なお、スタブ部位34aは、平面方向から見て、裏面配線層34のうち配線パターン32aが配されていない部位である。
【0023】
回路基板50は、光モジュール10を駆動する回路を有するボードであり、筐体20内に実装されている。回路基板50は、光モジュール10の信号処理等を行う電子部品(例えば、プリアンプIC、信号処理IC、チップ抵抗、チップコンデンサ等;図示せず)が搭載されている。回路基板50は、GND(図示せず)にて裏面配線層34と電気的に接続しており、所定の電極(図示せず)にて対応配線パターン32aと電気的に接続している。
【0024】
実施形態1によれば、裏面配線層34のスタブ部位34aが半田60を介して表面配線層32のダミー配線パターン32bおよび光モジュール10のステム12に電気的に接続されているため、スタブ部位34aの線路長が短くなり、共振周波数を大きく上昇させることができる。特に、スタブ部位34aの長さが、配線パターン32aとリード11が電気的に接続された位置から10GHz以上の周波数の波長の4分の1に相当する長さ(例えば、周波数10GHzのときには4.6mm、周波数15GHzのときには3.1mm、周波数20GHzのときには2.6mm)と一致するときは、効果的である。
【0025】
また、裏面配線層34がステム12と電気的に接続(半田60付け)されることによりステム12はGNDと接続されるため、裏面配線層34は高周波電流I´が漏れてもGND揺らぎ(0[V]からのずれ)を抑えることができる。言い換えると、裏面配線層34を半田60付けしたことにより裏面配線層34の高周波に対するGND性が強化されたことになる。
【0026】
また、裏面配線層34のスタブ部位34aは、ステム12と電気的に接続(半田60付け)されることによって、共振周波数を大きく上昇させることができる。
【0027】
さらに、ステム12が半田60および裏面配線層34を介して回路基板50のGND(図示せず)と接続されることにより、ステム12のGNDが強化され、フレキシブル基板30の裏面配線層34に高周波電流I´が流れてもGND揺らぎを抑制することができる。
【0028】
(実施形態2)
本発明の実施形態2に係る光トランシーバについて図面を用いて説明する。図2は、本発明の実施形態2に係る光トランシーバの構成を模式的に示した(A)筐体内の側面図、(B)矢印M方向から見たときの図、(C)Y−Y´間の部分断面図である。
【0029】
実施形態2に係る光トランシーバは、フレキシブル基板70の構成について実施形態1に係る光トランシーバと異なる。
【0030】
フレキシブル基板70は、所定厚さのポリイミド層73の両面に所定厚さの銅箔よりなる表面配線層72および裏面配線層74が形成され、表面配線層72側の面がカバー層71で覆われ、裏面配線層74側の面がカバー層75で覆われている。フレキシブル基板70は、筐体20内にて湾曲した状態で配される。フレキシブル基板70は、光モジュール10のリード11と対応する位置に貫通孔を有し、当該貫通孔に挿入された光モジュール10のリード11と対応する表面配線層72の配線パターン72aとが電気的に接続されている。なお、フレキシブル基板70は、図1のように裏面配線層74のスタブ部位74aの所定位置に貫通孔を有さない。なお、フレキシブル基板70の基板厚は、例えば、50μm程度である。フレキシブル基板70の比誘電率は、例えば、3.4程度である。配線パターン72aの各配線幅は、例えば、100μm程度である。
【0031】
表面配線層72では、光モジュール10の各リード11と対応する複数の配線パターン72aが形成されている。なお、表面配線層72では、実施形態1のようにスタブ部位74aと対応するダミー配線パターンを有さない。各配線パターン72aは、半田40を介して対応するリード11と電気的に接続するとともに、回路基板50の対応する電極(図示せず)と電気的に接続している。
【0032】
裏面配線層74は、フレキシブル基板70の貫通孔に配された半田40と電気的に接続しないように基板全面に配されている。裏面配線層74は、ステム12と重なる部位の全体又は一部においてカバー層75で覆われておらず、半田80(又は導電性接着剤)を介してステム12と電気的に接続する。裏面配線層74は、回路基板50のGND(図示せず)と電気的に接続している。なお、スタブ部位74aは、平面方向から見て、裏面配線層74のうち配線パターン72aが配されていない部位である。
【0033】
実施形態2によれば、裏面配線層74に流れるわずかな高周波電流I´は、半田80を通じてステム12に流れるため、スタブ部位74aの共振周波数は大きく上昇する。
【0034】
また、裏面配線層74とステム12との間の接着面積が大きくとれるため、フレキシブル基板70のGNDの安定性がさらに増し、実施形態1と同様、スタブ部位74aの線路長が短くなり、共振周波数を大きく上昇させることができる。
【0035】
さらに、フレキシブル基板70と光モジュール10のステム12との密着性がさらに向上し、組立時や振動衝撃時に発生するフレキシブル基板70をステム12から引き剥がすような力に対して強くなる。
【0036】
(実施形態3)
本発明の実施形態3に係る光トランシーバについて図面を用いて説明する。図6は、本発明の実施形態3に係る光トランシーバの構成を模式的に示した(A)筐体内の側面図、(B)矢印P方向から見たときの図、(C)Q−Q´間の部分断面図である。
【0037】
実施形態3に係る光トランシーバは、実施形態1に係る光トランシーバにおける半田60の接続箇所を2箇所から3箇所(3箇所以上でも可)に変更したものである。その他の構成は、実施形態1と同様である。
【0038】
実施形態3によれば、ステム12と裏面配線層34との接続点が増えることで、GNDが更に強化され、高周波特性が改善する。また、フレキシブル基板30のダミー配線パターン32bと半田60の接着面積が広くなるので、半田60の接着強度が増加する。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】本発明の実施形態1に係る光トランシーバの構成を模式的に示した(A)筐体内の側面図、(B)矢印L方向から見たときの図、(C)X−X´間の部分断面図である。
【図2】本発明の実施形態2に係る光トランシーバの構成を模式的に示した(A)筐体内の側面図、(B)矢印M方向から見たときの図、(C)Y−Y´間の部分断面図である。
【図3】従来例1に係る光トランシーバの構成を模式的に示した(A)外観斜視図、(B)筐体内の側面図である。
【図4】従来例2に係る光トランシーバの構成を模式的に示した筐体内の側面図である。
【図5】従来例1に係る光トランシーバの構成を模式的に示した(A)筐体内の側面図、(B)矢印N方向から見たときの図、(C)Z−Z´間の部分断面図である。
【図6】本発明の実施形態3に係る光トランシーバの構成を模式的に示した(A)筐体内の側面図、(B)矢印P方向から見たときの図、(C)Q−Q´間の部分断面図である。
【符号の説明】
【0040】
10、110 光モジュール(受光素子、発光素子)
11、111 リード
12、112 ステム
20、120 筐体
30、130 フレキシブル基板
31、131 カバー層
32 表面配線層(第1配線層)
32a、132a 配線パターン
32b ダミー配線パターン
33、133 ポリイミド層(樹脂層)
34、134 裏面配線層(第2配線層)
34a、134a スタブ部位
35、135 カバー層
40、140 半田
50、150 回路基板
60 半田
70 フレキシブル基板
71 カバー層
72 表面配線層(第1配線層)
72a 配線パターン
73 ポリイミド層(樹脂層)
74 裏面配線層(第2配線層)
74a スタブ部位
75 カバー層
80 半田
101 光トランシーバ




 

 


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