(57)【要約】【課題】外部との電気接続用の配線基板上の伝送線路中に設けられたインピーダンス整合用抵抗で発生した熱の電子冷却素子への流入量を軽減し、電子冷却素子での消費電力を低減する光送信モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】光送信モジュール１は、ＬＤが実装されＬＤの温度調整を行うペルチェモジュール１６と、ペルチェモジュール１６とは物理的に離間した位置に配され、ＬＤに給電するためのインピーダンス整合用の抵抗２１及び伝送線路１３ｈが設けられた配線基板１３ｆと、を備え、ＬＤに金属ワイヤＷを介して抵抗２１が電気的に接続される。配線基板１３ｆが、放熱パターン１３ｊを有し、放熱パターン１３ｊと抵抗２１とが熱伝導部材２２により熱的に結合されており、上記抵抗２１で発生する熱を、放熱パターン１３ｊを介して放熱する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子が実装され該発光素子の温度調整を行う冷却素子と、該冷却素子とは物理的に離間した位置に配され、前記発光素子に給電するためのインピーダンス整合用の抵抗及び伝送線路が設けられた配線基板と、を備え、前記発光素子に金属ワイヤを介して前記抵抗が電気的に接続される光送信モジュールであって、
前記配線基板は、放熱パターンを有し、
該放熱パターンと前記抵抗とが熱伝導部材により熱的に結合されており、前記抵抗で発生する熱を、前記放熱パターンを介して放熱することを特徴とする光送信モジュール。
【請求項２】
前記熱伝導部材は、リボンワイヤであることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。
【請求項３】
前記放熱パターン上にインダクタ素子を備え、前記熱伝導部材を介して前記抵抗と熱的及び電気的に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の光送信モジュール。
【請求項４】
前記伝送線路は、差動信号用であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光送信モジュール。
【請求項５】
前記抵抗は、薄膜抵抗であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光送信モジュール。
【請求項６】
前記抵抗は、チップ型抵抗素子であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光送信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波の電気信号が入力される発光デバイスを有する光送信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信に用いられる光送信モジュール（特に高速用のもの）は、例えばモジュール外部に設けられた集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）により駆動されるＬＤ（ＬＤ：Laser Diode）等の発光素子と、該発光素子の温度制御を目的としたペルチェモジュール等の電子冷却素子と、を内蔵する。このペルチェモジュールにより、発光素子の電気−光出力特性の温度による変化の影響を防ぐことができる。なお、発光素子は、ペルチェモジュール上にサブマウントを介して実装され、該サブマウント上には、発光素子に対する伝送線路となる配線パターンが形成されている。
【０００３】
また、光通信においては、伝送線路内での電気信号の反射損失を抑制するために、発光素子とＩＣの間の伝送線路中にインピーダンス整合用の抵抗が設けられる。光送信モジュールの伝送特性を考慮すると、インピーダンス整合用抵抗は、発光素子の直近に設けることが望ましく、ペルチェモジュール上のサブマウントに形成された伝送線路中に設けられることが多い。しかし、この形態では、インピーダンス整合用抵抗で発生したジュール熱がサブマウントを介してペルチェモジュールに流入するため、ペルチェモジュールに多くの電力が必要となってしまう。
【０００４】
それに対し、特許文献１に開示の光送信モジュールでは、図８に示すような構成で、低消費電力化を図っている。
図８の光送信モジュールは、筐体１００の内部に実装されたペルチェモジュール１０１や発光素子等の素子と筐体１００の外部の素子との電気接続のため、以下の配線基板１０２で筐体１００の一部を構成するようにしている。配線基板１０２は、リードピン１０３が取り付けられた部分が筐体１００の外部に露出し、発光素子への信号入力ラインとなる伝送線路１０２ａが設けられた部分が筐体１００の内部に位置するように配されるものであり、ペルチェモジュール１０１と物理的に離間した位置に配されている。
【０００５】
図の光送信モジュールでは、インピーダンス整合用抵抗１０２ｂを設ける位置を、ペルチェモジュール１０１上のサブマウント１０４に形成された伝送線路１０４ａ中ではなく、この配線基板１０２上の伝送線路１０２ａ中であって発光素子に近い位置としている。この構成により、インピーダンス整合用抵抗１０２ｂで発生した熱がペルチェモジュール１０１へ流入するのを抑制でき、消費電力を抑制できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３１８７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図８の構成であっても、配線基板１０２上のインピーダンス整合用抵抗１０２ｂで発生したジュール熱が、配線基板１０２の伝送線路１０２ａと、発光素子が実装されるサブマウント１０４の伝送線路１０４ａとを電気的に接続する金属ワイヤＷを介して、サブマウント１０４に伝わり、ペルチェモジュール１０１へ流入してしまう。
【０００８】
本発明は、上述のような実情に鑑み、外部との電気接続用の配線基板上の伝送線路中に設けられたインピーダンス整合用抵抗で発生した熱の電子冷却素子への流入量を軽減し、電子冷却素子での消費電力を低減する光送信モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の光送信モジュールは、発光素子が実装され発光素子の温度調整を行う冷却素子と、冷却素子とは物理的に離間した位置に配され、発光素子に給電するのためのインピーダンス整合用の抵抗及び伝送線路が設けられた配線基板と、を備え、発光素子に金属ワイヤを介して上記抵抗が電気的に接続されるものであって、配線基板が、放熱パターンを有し、放熱パターンと上記抵抗とが熱伝導部材により熱的に結合されており、上記抵抗で発生する熱を、放熱パターンを介して放熱することを特徴とする。
【００１０】
熱伝導部材が、リボンワイヤであってもよい。また、放熱パターン上にインダクタ素子を備え、熱伝導部材を介して上記抵抗と熱的及び電気的に接続されることが好ましい。なお、伝送線路が、差動信号用であってもよい。インピーダンス整合用の上記抵抗は、薄膜抵抗であってもよいし、チップ型抵抗素子であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光送信モジュールによれば、配線基板に放熱用パターンを設け、配線基板上のインピーダンス整合用の抵抗と放熱用パターンとを熱的に結合するようにしたため、上記抵抗で発生した熱を放熱パターンを介して外部に逃すことができるので、電子冷却素子への熱流入を軽減でき、電子冷却素子での消費電力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の光送信モジュールの一例を示す図である。
【図２】図１の光送信モジュールの各種素子搭載前の状態を示す図である。
【図３】図３の光送信モジュールの各種素子搭載後の状態を示す図である。
【図４】図１の光送信モジュールの特徴的な部分を説明する図である。
【図５】本発明の光送信モジュールの他の例を説明する図である。
【図６】本発明の光送信モジュールの他の例を説明する図である。
【図７】本発明の光送信モジュールの他の例を説明する図である。
【図８】従来の光送信モジュールを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の光送信モジュールについて説明する。なお、図面の説明においては同様な部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
まず、図１〜図３を用いて、本発明の光送信モジュールの概略を説明する。
本発明の光送信モジュールは、例えば、図１に示すように、外部から入力された高周波の電気信号を光信号に変換して出力する光送信部１０と、光送信部１０の筐体１１の前面１３ａに固定され、光ファイバケーブルの先端に取付けられたフェルールが挿入される光結合部３０と、から成る。光結合部３０は、光送信部１０に対して位置合わせされて固定されており、光送信部１０内のＬＤからの出射光が、挿入されたフェルールの光ファイバに結合するようになっている。
【００１４】
光送信部１０は、直方体形状を有する筐体１１と、筐体１１の側面１３ｂ及び後部１３ｃにそれぞれ取付けられるリードピン１５ａ，１５ｂとを備えている。リードピン１５ｂは、筐体１１内部のＬＤに高周波の変調信号を与えること等を目的として用いられ、リードピン１５ａは、電子冷却素子への電源の供給、測温素子からの信号出力、光出力モニタ用の受光素子からの信号出力、及びＬＤへの駆動電流の供給等、直流信号又は低周波信号の入出力用に設けられている。
【００１５】
筐体１１は、図２及び図３に示すように、ＣｕＷ等の高熱伝導率の材料からなる底板１２と、底板１２の縁部にロウ付け等により気密に接合された側壁１３と、底板１２及び側壁１３により形成される空間を上方から塞ぐ蓋１４（図１参照）とを含む。
【００１６】
底板１２上には、電子冷却素子であるペルチェモジュール１６が搭載されている。側壁１３は、前面１３ａを構成する、コバール等の金属から成る金属板１３ｄと、該金属板１３ｄが取り付けられるフレームを構成する、アルミナ系の材料からなる積層セラミック部１３ｅとを含む。積層セラミック部１３ｅは、多層セラミック基板１３ｆの上にセラミック層１３ｇが重ね合わされたものである。多層セラミック基板１３ｆは、複数のセラミック層の表面に、配線用パターンを含む金属層が形成されてなる配線基板であり、筐体１１内の各種部品とリードピン１５ａ，１５ｂとを電気的に接続するためのものである。以下、多層セラミック基板１３ｆを配線基板１３ｆという。なお、後述するように、配線基板１３ｆ上には、ＬＤへの信号入力用の伝送線路が形成されており、当該伝送線路中にインピーダンス整合用抵抗が設けられている。
【００１７】
また、筐体１１内には、上述のペルチェモジュール１６の他、発光素子としてのＬＤ１７と、ＬＤ１７らの出射光をコリメート光とするためのレンズ部材１８と、ＬＤ１７からの光出力をモニタするための半導体受光素子（ＰＤ：Photo Diode）１９とを有する。
ＬＤ１７は、例えば、ＤＦＢ（Distributed Feedback）型のものであり、ペルチェモジュール１６に取付けられたサブマウント２０上に実装される。レンズ部材１８は、ペルチェモジュール１６上に直接実装され、ＰＤ１９は、ＬＤ１７からの後面光を受光可能に配線基板１３ｆ上に実装される。
【００１８】
ＬＤ１７が実装されるサブマウント２０は、例えば良熱伝導性を有する絶縁材料であるＡｌＮ等から成る絶縁層と、ＬＤ１７への信号入力用の伝送線路等の配線パターンを含む金属層と、から成る。サブマウント２０には、ＬＤ１７の他、図示は省略するが、ＬＤ１７の温度を測定する測温素子等が実装される。
サブマウント２０上のＬＤ１７は、当該サブマウント２０上の伝送線路から架けられたボンディングワイヤＷにより、配線基板１３ｆ上の伝送線路に電気的に接続されている。
【００１９】
光送信モジュール１は、以上のような構成により、リードピン１５ｂを介して入力された電気信号をＬＤ１７で信号光に変換し、レンズ部材１８によりコリメート光としたうえで出力することができ、また、光出力のフィードバック制御のためＰＤ１９により光出力をモニタできるようになっている。更に、所望の光出力特性を得るため、ペルチェモジュール１６によりＬＤ１７の温度制御ができるようになっている。
【００２０】
続いて、本発明の特徴部について、図４を用いて説明する。図４（Ａ）は、図１の蓋１４を外した状態で光送信モジュール１の内部の様子を示す上面図、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の要部拡大図であり、本発明の特徴部に係る部分を明瞭に示すためそれ以外の部分の図示を適宜省略している。
【００２１】
光送信モジュール１では、図４に示すように、配線基板１３ｆと、ペルチェモジュール上のサブマウント２０とに、ＬＤへの信号入力ラインとなる伝送線路１３ｈ，２０ａが形成されており、両伝送線路１３ｊ，２０ａが金属ワイヤＷを介して電気的に接続されている。また、インピーダンス整合用の抵抗２１は、ペルチェモジュール１６とは物理的に離間した位置に設けられた配線基板１３ｆ上の伝送線路１３ｈのＬＤに近い位置に設けられている。
【００２２】
配線基板１３ｆ上には、抵抗２１の近傍に、例えばＡｕ等の金属薄膜から成る放熱用パターン１３ｊが形成されており、また、該放熱用パターン１３ｊと伝送線路１３ｈは熱伝導部材２２により結合（接続）することにより、放熱用パターン１３ｊと抵抗２１とが熱的に結合されている。
そのため、本光送信モジュール１では、インピーダンス整合用の抵抗２１で発生する熱は、配線基板３１ｆ上の伝送線路から放熱用パターン１３ｊへ流入するので、ペルチェモジュール１６へ流入する熱量を軽減させることができる。
【００２３】
また、筐体１１の底板１２（図３参照）が放熱器と接触するので、底板１２と接する配線基板１３ｆの底面をベタ金属パターンで形成しておき、頂面（底面と反対側の面）に設けられている上記放熱用パターン１３ｊと上記ベタ金属パターンとをサーマルビアで熱的に接続しておくとよい。これにより、抵抗２１で発生した熱を、伝送線路１３ｈ、熱伝導部材２２、放熱用パターン１３ｊ、上述のサーマルビア、ベタ金属パターン及び筐体１１の底板１２を介して、放熱器へ伝えることができ、ペルチェモジュールへの熱流入量をより軽減させることができる。
【００２４】
図４の例は、熱伝導部材２２として金属ワイヤ２２を用いているが、図５のようにリボンワイヤ２３を用いてもよい。
筐体の底板１２はグラウンド電位とされるので、上述のように、放熱用パターン１３ｊから底板１２等を介して放熱を行うとき、放熱用パターン１３ｊの電位はグラウンド電位となる。この場合に、熱伝導部材として金属ワイヤ２２やリボンワイヤ２３のように電気良導体を用いるときは、放熱用パターン１３ｊと伝送線路１３ｈとは、例えば、電気的絶縁を確保しつつ、熱的に結合（接続）される。これに代えて、図６に示すように、放熱用パターン１３ｊ上にフェライトビーズインダクタ（ＦＢＩ）等のインダクタ素子２４を実装し、ＦＢＩ２４と配線基板１３ｆ上の伝送線路１３ｈとを金属ワイヤ２２により接続し、インダクタ素子２４（及び金属ワイヤ２２）を介して、抵抗２１と放熱用パターン１３ｊを熱的に結合するようにしてもよい。これにより、抵抗２１で発生したジュール熱のペルチェモジュール１６への熱流入が抑えられると共に、インダクタ素子２４が１０ＧＨｚを超える高周波領域では抵抗成分として働くので、伝送特性を良好にすることができる。
【００２５】
以上では、シングルエンド信号を入力するものとして説明したが、本発明は、図７に示すように、配線基板１３ｆ’とサブマウント２０’とに、差動５０Ωで設計した伝送線路１３ｈ’，２０ａ’を形成しておき、差動信号を入力する場合にも、適用することができる。もちろん、この場合には、インピーダンス整合用の抵抗２１及び放熱用パターン１３ｊは、伝送線路１３ｈ’それぞれに対する位置が対称的になるように設けられる。
また、以上の説明に用いた図では、抵抗２１として薄膜抵抗を用いるように示していたが、チップ型抵抗素子を用いてインピーダンス整合を図る場合にも本発明は適用することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１…光送信モジュール、１０…光送信部、１１…筐体、１２…底板、１３…側壁、１３ａ…前面、１３ｂ…側面、１３ｃ…後部、１３ｄ…金属板、１３ｅ…積層セラミック部、１３ｆ…多層セラミック基板（配線基板）、１３ｇ…セラミック層、１３ｈ…伝送線路、１３ｊ…放熱用パターン、１４…蓋、１５ａ，１５ｂ…リードピン、１６…ペルチェモジュール、１７…ＬＤ、１８…レンズ部材、１９…ＰＤ、２０…サブマウント、２０ａ…伝送線路、２１…抵抗、２２…熱伝導部材（金属ワイヤ）、２３…リボンワイヤ、２４…インダクタ素子、３０…光結合部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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