(57)【要約】【課題】小型、且つ高信頼で光モジュールを搭載する光伝送モジュールを提供する。【解決手段】光モジュール１はベースステム２を介して回路基板３に実装され、回路基板３がケース４に固定される構成であり、電気接続のために光モジュール１のリード１ｃを回路基板３の接続用パッド３ａに対して平行にはんだ付け接続されている構成において、ベースステム２と回路基板３の接続面３ｂが、回路基板３のリード接続用パッド３ａの面と概ね同一にすることによりリード１ｃの基板厚方向における熱ストレスを緩和し、小型かつ高信頼性の実光伝送モジュールを提供できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズを介して光素子と光ファイバとを光結合する光モジュールと、この光モジュールと電気的接続を取る回路基板と、前記回路基板と機械的に接続するベースステムとからなる光伝送モジュールにおいて、
前記回路基板の前記ベースステムとの機械的接続面は、前記光モジュールとの電気的接続面であることを特徴とする光伝送モジュール。
【請求項２】
前記ベースステムと前記回路基板との接続がネジ固定であることを特徴とする請求項１に記載の光伝送モジュール。
【請求項３】
前記光モジュールの気密パッケージは、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの少なくとも２つを主成分とする合金であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光伝送モジュール。
【請求項４】
前記回路基板はガラスエポキシ多層基板であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一に記載の光伝送モジュール。
【請求項５】
前記ベースステムの材質は、ＡｌまたはＣｕを主成分とすることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一に記載の光伝送モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光伝送モジュールに係わり、特に小型な光伝送モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信の適用分野が拡大に伴い、キーデバイスである光伝送モジュールの小型化、高速化を低コスト、高信頼にて実現する要求が高まっている。光伝送モジュールの小型化には、光素子を搭載した光モジュールとの電気接続を担うリードの長さが短い方が有利である。また、高速化においても、この電気接続のリードにおけるインダクタ成分が回路動作にて、信号の立ち上がり立ち下がり時におけるリンギングまたは帯域劣化を発生させ高周波信号特性に悪影響を及ぼし、伝送特性を劣化させる要因となっている。このため、光モジュールのリード長はより短い方が光伝送モジュールの高速化にも有利である。しかし、リード長が短いと、熱ストレスによりリード接続部に加わる応力が、リード長にある程度の余長が設けられている場合よりも大きくなる。この結果、リードの接続の信頼性を保証することができず、リードの接続部が破損することがある。
【０００３】
この問題を解決するために、特許文献１では光モジュールの前記リードの材質または回路基板の材質とほぼ同等の線膨張率を有する追加ベース（例えば、圧延鋼板）を用いて光モジュールと回路基板をケースに固定し、リード部に熱ストレスによる応力が加わることを防止している。
【０００４】
光伝送モジュールの低コスト化を実現するために回路基板としてガラスエポキシ基板が使用されることが多く、小型化のため多層基板の構造をとり、基板が厚くなる傾向にある。ガラスエポキシ多層基板では基板面内の熱膨張係数が１５×１０−６[１／Ｋ]であるのに対し、基板厚方向の熱膨張係数は５０×１０−６[１／Ｋ]と基板面内に比べ数倍の熱膨張係数である。この結果、基板が厚くなると基板厚方向の熱応力がリード部にあたえる影響も無視できなくなることに、発明者等は気づいた。これを、以下説明する。
【０００５】
図１を参照して背景技術の実装形態を説明する。ここで、図1は背景技術の光モジュールの側面図である。なお、当業者は容易に理解できるが、適宜記載を省いた部分があり、断面はハッチングする。
【０００６】
図１において、リード１ｃが固定されている光モジュール側のフィードスルー部１ｂ上部の基板厚方向おける温度変動量、およびはんだ固定されている基板側の接続面３ｂの基板厚方向における温度変動量を検討する。光モジュールは光モジュール固定用ネジ５にてベースステム２に固定されており光モジュール底面を基準面とすると、光モジュール側での基準面からリード固定位置であるフィードスルー部１ｂ上部までの距離Ｘの温度変動量ΔＸ、および、基板側での基準面からリードはんだ固定位置である接続面３ｂまでの距離Ｙの温度変動量ΔＹはそれぞれ温度変動量をΔＴとすると、
【０００７】
【数１】
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【０００８】
【数２】
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である。ここで、α１、α２、α３、α４、はそれぞれ気密パッケージ１ａ、フィードスルー部１ｂ、ベースステム２、回路基板３の基板厚方向の熱膨張係数である。また、Ｘ１は光モジュール底面からフィードスルー部までのの距離、Ｘ２はフィードスルー部の厚さ、Ｙ１は光モジュール底面から基板底面までの距離、Ｙ２は基板厚である。
【０００９】
図１の一実装例で、例えばベースステム２の材質としてＡｌを採用すると、α１＝４．４×１０−６[１／Ｋ]、α２＝７×１０−６[１／Ｋ]、α３＝２３×１０−６[１／Ｋ]、α４＝５０×１０−６[１／Ｋ]、である。
【００１０】
また、Ｘ１＝２．６[ｍｍ]、Ｘ２＝１．０[ｍｍ]、Ｙ１＝１．８[ｍｍ]、Ｙ２＝１．８[ｍｍ]、とするとΔＸ、ΔＹはそれぞれ
【００１１】
【数３】
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【００１２】
【数４】
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（式３）、（式４）よりリード部に作用する基板厚方向の位置変動量｜ΔＸ−ΔＹ｜の温度依存性は、
【００１３】
【数５】
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である。これは、約０．１１[μｍ／Ｋ]であり、動作温度−４０〜８５℃とすると、±７μｍと大きい。
【００１４】
【特許文献１】特開平７−１６８０６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１では回路基板の熱膨張係数に異方性があった場合の熱応力緩和について考慮してないため、上記の様な基板厚方向の熱応力による影響を緩和できないという問題点があった。本発明の目的は、小型かつ高信頼性の光伝送モジュールの実装構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によれば前記目的は、光モジュールはベースステムを介して回路基板に実装され、回路基板がケースに固定される構成であり、電気接続のために光モジュールのリードを回路基板の接続用パッドに対して平行にはんだ付け接続されている構成において、ベースステムと回路基板の接続面が、回路基板のリード接続用パッドの面とほぼ同じにすることにより達成される。
【００１７】
また、レンズを介して発光素子または受光素子と光ファイバとを光結合する光モジュールと、この光モジュールと電気的接続を取る回路基板と、光モジュールと回路基板と機械的に接続するベースステムとからなり、回路基板のベースステムとの機械的接続面は、光モジュールとの電気的接続面である光伝送モジュールにより、達成できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、前述した構成を備えることにより、熱応力を低減することができリード接続の信頼性が向上する。この結果、光モジュールのリード長を充分に短くすることが可能となり、光伝送モジュールの小型化、高速化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明の実施の形態について、実施例を用い図２ないし図４を参照しながら、詳述する。ここで、図２は光伝送モジュールの斜視図である。図３は光伝送モジュールの側面図である。図４は光伝送モジュールの要部側面図である。
【００２０】
図２において、光伝送モジュール１０Ａは、ケース４と、ベースステム２と、回路基板３と、光モジュール１とから構成される。光モジュール１は半導体レーザー素子または半導体受光素子（集合的に光素子と呼ぶ）を内蔵し、レンズ等により光ファイバと光結合して気密封止されたモジュールである。気密パッケージ１ａは熱膨張係数が４．４×１０−６[１／Ｋ]であるＦｅＮｉＣｏ合金で構成されている。なお、放熱のため気密パッケージ１ａの一部分がＣｕＷ合金(熱膨張係数６×１０−６[１／Ｋ])等で構成される場合もある。電気配線は高周波信号も通すためアルミナ基板（熱膨張係数：７×１０−６[１／Ｋ]）のフィードスルー部１ｂによって光モジュール１内部から配線され、気密パッケージと同じＦｅＮｉＣｏ合金で構成されたリード１ｃを通じて回路基板３の接続用パッド３ａへはんだ接続される。
【００２１】
光モジュール１の気密パッケージ１ａの底部には光モジュール１を固定するためのネジ穴があり、２本の光モジュール固定用ネジ５にてベースステム２に固定される。また、ベースステム２は、４本の回路基板固定ねじ６によって、図示下側から、回路基板３のリード１ｃとの接続面３ｂにて、回路基板３を固定する。
【００２２】
図３において、ベースステム２は、回路基板３のリード１ｃの接続面３ｂにて、回路基板固定ネジ６を使用して回路基板３を固定する。光モジュール１はベースステム２を介して回路基板接続面３ｂからつり下げる構造になっており、光モジュール１の放熱性および接地性を向上せせるために弾力性のある放熱シートまたは導電性シート７をケース４とベースステム２の間に挟むこともある。回路基板３はガラスエポキシの多層基板であり、基板厚方向の熱膨張係数はおよそ５０×１０−６[１／Ｋ]である。
【００２３】
この実施例の回路基板３の基板厚方向におけるリード３に加わる熱ストレスをリード３が固定された基板と光モジュールの温度変動量から検討する。なお、図２および図３に示した光伝送モジュール１０Ａは、光モジュール１の気密パッケージ１ａの周囲４箇所でベースステム２と回路基板３とを固定している。一方、ここで説明する図４の光伝送モジュール１０Ｂは、図１と対比するために、光モジュール１の気密パッケージ１ａの後方（非ファイバ側）２箇所でベースステム２と回路基板３とを片持ち固定している。
【００２４】
図４において、光伝送モジュール１０Ｂは、図１と同じ材質使用し、基板厚方向の位置が同じであると、ベースステム２はリードの基板接続面３ｂと同一面であるために基板厚方向においては基板の熱膨張の影響を受けない。このため、（式２）、（式４）はそれぞれ、
【００２５】
【数６】
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【００２６】
【数７】
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に置き換わる。この結果、基板厚方向の位置変動量｜ΔＸ−ΔＹ｜の温度依存性は、（式３）、（式７）より
【００２７】
【数８】
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である。
【００２８】
ここで、（式５）と（式８）を比較すると
【００２９】
【数９】
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である。よって本実施例の光伝送モジュールは、背景技術に比べ（式９）より基板厚方向における熱ストレスが５７％になっている。従って、リード部にかかる熱ストレスが約４０％削減され信頼性の高い光伝送モジュールとなる。
なお、光モジュールの気密パッケージ材料および前記光モジュールと前記回路基板との接続リードは、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの少なくとも２つを主成分とする合金であっても良い。ここで、主成分とは合金を形成する金属のうち、比率の高い成分である。
【００３０】
上述した実施例では、光伝送モジュールにおいて、ベースステム２の材質としてはＡｌを採用したが、光モジュールの基板厚方向の熱膨張係数に近い材質をベースステム２の材質として採用すると更に信頼性の高い光伝送モジュールとなる。ベースステム２の材質として熱膨張係数は１６×１０−６[１／Ｋ]であるＣｕを採用すると、同様な演算から、熱ストレスは約６０％削減され、より高信頼の高い光伝送モジュールとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】背景技術を適用した光伝送モジュールの要部側面図である。
【図２】光伝送モジュールの斜視図である。
【図３】光伝送モジュールの側面図である。
【図４】光伝送モジュールの要部側面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…光モジュール、１ａ…気密パッケージ、１ｂ…フィードスルー部、１ｃ…リード、２…ベースステム、３…回路基板、３ａ…接続用パッド、３ｂ…接続面、４…ケース、５…光モジュール固定用ネジ、６…回路基板固定用ネジ、７…放熱シートまたは導電性シート、１０…光伝送モジュール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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