(57)【要約】【課題】通信モジュールが備える発光素子の特性、特に高周波特性を向上させる。【解決手段】通信モジュールは、モジュール基板５の表面に設けられ、電気的に分離された第１表面側金属層４１および第２表面側金属層４２と、モジュール基板５の裏面に設けられ、電気的に分離された第１裏面側金属層５１および第２裏面側金属層５２と、モジュール基板５を貫通して第１表面側金属層４１と第１裏面側金属層５１とを熱的に接続する第１サーマルビア６１と、モジュール基板５を貫通して第２表面側金属層４２と第２裏面側金属層５２とを熱的に接続する第２サーマルビア６２と、を有し、駆動用ＩＣ１１が第１表面側金属層４１に実装されて第１表面側金属層４１と熱的に接続され、発光素子１０が第２表面側金属層４２に実装されて第２表面側金属層４２と熱的に接続されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層基板と、前記多層基板に実装された電子部品および光素子と、を備える通信モジュールであって、
前記多層基板の表面に設けられた第１表面側金属層と、
前記多層基板の表面に設けられ、前記第１表面側金属層と電気的に分離された第２表面側金属層と、
前記多層基板の裏面に設けられた第１裏面側金属層と、
前記多層基板の裏面に設けられ、前記第１裏面側金属層と電気的に分離された第２裏面側金属層と、
前記多層基板を貫通し、前記第１表面側金属層と前記第１裏面側金属層とを熱的に接続する第１サーマルビアと、
前記多層基板を貫通し、前記第２表面側金属層と前記第２裏面側金属層とを熱的に接続する第２サーマルビアと、を有し、
前記電子部品は、前記第１表面側金属層に実装されて前記第１表面側金属層と熱的に接続され、
前記光素子は、前記第２表面側金属層に実装されて前記第２表面側金属層と熱的に接続される、
通信モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の通信モジュールにおいて、
前記光素子が発光素子であり、
前記電子部品が前記発光素子を駆動する駆動用ＩＣである、
通信モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の通信モジュールにおいて、
前記第１表面側金属層および前記第２表面側金属層と前記第１裏面側金属層および前記第２裏面側金属層との間において交互に積層された複数の絶縁層および内側金属層を有し、
前記第１表面側金属層および前記第１裏面側金属層と電気的に接続されている前記内側金属層の一部と、前記第２表面側金属層および前記第２裏面側金属層と電気的に接続されている前記内側金属層の他の一部とは、電気的に分離されている、
通信モジュール。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の通信モジュールにおいて、
前記多層基板の表面に設けられ、前記第１表面側金属層および前記第２表面側金属層と電気的に分離された第３表面側金属層と、
前記第３表面側金属層に実装され、該第３表面側金属層と熱的に接続された受光素子と、を有する、
通信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は通信モジュールに関するものであり、特に光電変換機能を備える通信モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な通信モジュールは、コネクタを備えた筐体と、筐体に収容され、この筐体が備えるコネクタと電気的に接続された基板と、を備えている。通信モジュールが備える基板は、一般的に“モジュール基板”と呼ばれ、通信モジュールが接続されるネットワークスイッチやサーバなどの通信機器が備える基板（一般的に“ホストボード”または“マザーボード”と呼ばれる。）と区別される。以下の説明では、上記区別に従って、通信モジュールが備える基板を“モジュール基板”と呼び、通信モジュールが接続される通信機器が備える基板を“マザーボード”と呼ぶ場合がある。
【０００３】
モジュール基板には、光素子（発光素子や受光素子）や電子部品が実装される。例えば、モジュール基板上には、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）等の発光素子と発光素子を駆動する駆動用ＩＣ(Integrated Circuit)とが実装され、また、ＰＤ（Photodiode）等の受光素子と受光素子から出力される信号を増幅する増幅用ＩＣ(Integrated Circuit)とが実装される。多くの場合、発光素子と駆動用ＩＣとは一対のボンディングワイヤを介して電気的に接続され、受光素子と増幅用ＩＣとは他の一対のボンディングワイヤを介して電気的に接続される。
【０００４】
上記のようなモジュール基板には多層基板が用いられることが多く、光素子や電子部品は多層基板の一面に実装される。ここで、多層基板の一面に実装される光素子や電子部品は、その動作中に熱を発する。そこで、光素子や電子部品が実装される多層基板の一面（表面）に吸熱面が設けられるとともに多層基板の他面（裏面）に放熱面が設けられることがある。この場合、多層基板に“サーマルビア”と呼ばれるビアが複数形成され、これらサーマルビアを介して吸熱面と放熱面とが熱的に接続される。光素子や電子部品は、吸熱面に搭載されて吸熱面と熱的に接続される。吸熱面に搭載された光素子や電子部品から発せられた熱は、サーマルビアを介して放熱面に伝えられ放熱面から空気中に放熱され、又は放熱面を介して筐体に伝えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−９２５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような吸熱面および放熱面は、多層基板に設けられた金属層によって形成される。具体的には、多層基板は、交互に積層された複数の金属層および絶縁層を備えており、最上層の金属層によって吸熱面が形成され、最下層の金属層によって放熱面が形成される。
【０００７】
一方、多くの場合、光素子や電子部品の底面はグランドになっている。このため、吸熱面に光素子や電子部品が搭載されると、これら光素子や電子部品と吸熱面とが熱的のみでなく電気的にも接続され、意図しない電流経路が生まれる。例えば、吸熱面に搭載される発光素子と駆動用ＩＣとは一対のボンディングワイヤを介して電気的に接続され、一方のボンディングワイヤは＋（プラス）側の電流経路を形成し、他方のボンディングワイヤは−（マイナス）側の電流経路を形成する。しかし、吸熱面を介して発光素子と駆動用ＩＣとが電気的に接続されると、発光素子と駆動用ＩＣとの間に−側（マイナス）の電気経路が追加形成される。この結果、発光素子と駆動用ＩＣとの間に、１つの＋側電流経路と２つの−側電流経路とが形成され、電気的アンバランスが生じ、発光素子の特性、特に高周波特性が悪くなる。
【０００８】
本発明の目的は、通信モジュールが備える光素子の特性、特に高周波特性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の通信モジュールは、多層基板と、前記多層基板に実装された電子部品および光素子と、前記多層基板の表面に設けられた第１表面側金属層と、前記多層基板の表面に設けられ、前記第１表面側金属層と電気的に分離された第２表面側金属層と、前記多層基板の裏面に設けられた第１裏面側金属層と、前記多層基板の裏面に設けられ、前記第１裏面側金属層と電気的に分離された第２裏面側金属層と、前記多層基板を貫通し、前記第１表面側金属層と前記第１裏面側金属層とを熱的に接続する第１サーマルビアと、前記多層基板を貫通し、前記第２表面側金属層と前記第２裏面側金属層とを熱的に接続する第２サーマルビアと、を有する。前記電子部品は、前記第１表面側金属層に実装されて前記第１表面側金属層と熱的に接続され、前記光素子は、前記第２表面側金属層に実装されて前記第２表面側金属層と熱的に接続される。
【００１０】
本発明の一態様では、前記光素子が発光素子であり、前記電子部品が前記発光素子を駆動する駆動用ＩＣである。
【００１１】
本発明の他の態様では、前記多層基板は、前記第１表面側金属層および前記第２表面側金属層と前記第１裏面側金属層および前記第２裏面側金属層との間において交互に積層された複数の絶縁層および内側金属層を有する。前記第１表面側金属層および前記第１裏面側金属層と電気的に接続されている前記内側金属層の一部と、前記第２表面側金属層および前記第２裏面側金属層と電気的に接続されている前記内側金属層の他の一部とは、電気的に分離されている。
【００１２】
本発明の他の態様では、通信モジュールは、前記多層基板の表面に設けられ、前記第１表面側金属層および前記第２表面側金属層と電気的に分離された第３表面側金属層と、前記第３表面側金属層に実装され、該第３表面側金属層と熱的に接続された受光素子と、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、通信モジュールが備える光素子の特性、特に高周波特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明が適用された通信モジュールの一例を示す斜視図である。
【図２】（ａ）はモジュール基板上に設けられている光電変換部の構成を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図３】（ａ）はモジュール基板表面に設けられた吸熱面を示す平面図であり、（ａ）はモジュール基板裏面に設けられた放熱面を示す平面図である。
【図４】図３（ａ）中のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図５】モジュール基板の変形例を示す断面図である。
【図６】（ａ）はモジュール基板表面に設けられた吸熱面の一例を示す平面図であり、（ｂ）はモジュール基板表面に設けられた吸熱面の他の一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態の一例について説明する。図１に示される通信モジュール１は、不図示の通信機器が備えるマザーボードに接続され、光信号を電気信号に変換したり、電気信号を光信号に変換したりする。通信モジュール１の先端にはプラグコネクタ２が設けられており、このプラグコネクタ２がマザーボードに設けられているレセプタクルコネクタに接続される。すなわち、本実施形態に係る通信モジュール１は、マザーボードに設けられているレセプタクルコネクタに挿抜可能なプラグコネクタ２を備えており、これらプラグコネクタ２およびレセプタクルコネクタを介して通信モジュール１とマザーボードとが接続される。
【００１６】
上記のようにして通信モジュール１が接続されるマザーボードには通信用半導体チップが実装されており、マザーボードに接続された通信モジュール１は、マザーボードに形成されている配線を介して通信用半導体チップと接続される。また、マザーボード上には複数のレセプタクルコネクタが設けられており、それぞれのレセプタクルコネクタを介して複数の通信モジュール１が通信用半導体チップと接続される。
【００１７】
通信モジュール１は、光ファイバ（ファイバリボン）３の一端が引き入れられた筐体４とこの筐体４に収容された多層基板５とを有し、多層基板５上には光電変換部６が設けられている。以下の説明では、多層基板５を“モジュール基板５”と呼ぶ。尚、筐体４は、図示されている下側ケース４ａと不図示の上側ケースとから構成されている。下側ケース４ａと上側ケースとは互いに突き合わされてモジュール基板５を収容可能な空間を備える筐体４を構成する。
【００１８】
図１では省略されているが、モジュール基板５上に設けられている光電変換部６は、モジュール基板５の表面に実装された光素子や電子部品によって構成されている。図２（ａ）に示されるように、光電変換部６は、光素子の１つである発光素子１０と、電子部品の１つであって発光素子１０を駆動する駆動用ＩＣ１１と、を含んでいる。また、光電変換部６は、光素子の他の１つである受光素子２０と、電子部品の他の１つであって受光素子２０から出力される電気信号を増幅する増幅用ＩＣ２１と、を含んでいる。発光素子１０と駆動用ＩＣ１１とは一対のボンディングワイヤ１２を介して電気的に接続されており、受光素子２０と増幅用ＩＣ２１とは他の一対のボンディングワイヤ２２を介して電気的に接続されている。
【００１９】
また、図２（ｂ）に示されるように、モジュール基板５の表面には、発光素子１０及び受光素子２０（図２（ａ））と光ファイバ３とを光結合させるレンズブロック３０も設けられている。レンズブロック３０は、支持部材３１を介してモジュール基板５に固定されており、発光素子１０および受光素子２０（図２（ａ））の上方にこれらを覆うように配置されている。
【００２０】
図１に示されるように、光ファイバ３の一端は筐体４内に引き入れられている。筐体４内に引き入れられた光ファイバ３の一端は、不図示のＭＴ（Mechanically Transferable）コネクタを介して図２（ａ），（ｂ）に示されているレンズブロック３０に光接続されている。具体的には、レンズブロック３０の突き当て面にＭＴコネクタの先端面が突き当てられる。さらに、レンズブロック３０の突き当て面からは一対のガイドピンが突出しており、このガイドピンがＭＴコネクタの先端面に形成されているガイド穴に挿入される。尚、本実施形態では、図２（ａ）に示される発光素子１０にＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）が用いられ、同図に示される受光素子２０にＰＤ（Photodiode）が用いられている。もっとも、発光素子１０及び受光素子２０は、特定の発光素子や受光素子に限定されない。また、図１に示されるように、筐体４の後端には、プラグコネクタ２をレセプタクルコネクタから引き抜く際に摘ままれるプルタブ７が取り付けられている。
【００２１】
図３（ａ）に示されるように、モジュール基板５の表面には、第１表面側金属層４１および第２表面側金属層４２が設けられている。一方、図３（ｂ）に示されるように、モジュール基板５の裏面には、第１裏面側金属層５１および第２裏面側金属層５２が設けられている。
【００２２】
図３（ａ）に示されるように、第１表面側金属層４１および第２表面側金属層４２は同一平面に設けられているが互いに独立しており、電気的に分離されている。図３（ｂ）に示されるように、第１裏面側金属層５１および第２裏面側金属層５２は同一平面に設けられているが互いに独立しており、電気的に分離されている。
【００２３】
再び図３（ａ）を参照すると、駆動用ＩＣ１１，増幅用ＩＣ２１および受光素子２０は第１表面側金属層４１に実装されており、発光素子１０は第２表面側金属層４２に実装されている。つまり、駆動用ＩＣ１１，増幅用ＩＣ２１および受光素子２０と発光素子１０とは、電気的に分離された異なる２つの金属層にそれぞれ実装されている。
【００２４】
図４に示されるように、第１表面側金属層４１に実装されている駆動用ＩＣ１１の底面は第１表面側金属層４１と接しており、駆動用ＩＣ１１は第１表面側金属層４１と熱的に接続されている。また、駆動用ＩＣ１１の底面はグランドになっており、駆動用ＩＣ１１は第１表面側金属層４１と電気的にも接続されている。図４には示されていないが、図３（ａ）に示されている受光素子２０および増幅用ＩＣ２１も第１表面側金属層４１と熱的および電気的に接続されている。
【００２５】
一方、第２表面側金属層４２に実装されている発光素子１０の底面は第２表面側金属層４２と接しており、発光素子１０は第２表面側金属層４２と熱的に接続されている。また、発光素子１０の底面はグランドになっており、発光素子１０は第２表面側金属層４２と電気的にも接続されている。
【００２６】
さらに、第１表面側金属層４１と第１裏面側金属層５１とは、モジュール基板５を貫通する第１サーマルビア６１を介して熱的に接続されている。同様に、第２表面側金属層４２と第２裏面側金属層５２とは、モジュール基板５を貫通する第２サーマルビア６２を介して熱的に接続されている。
【００２７】
駆動用ＩＣ１１から発せられた熱は、第１表面側金属層４１および第１サーマルビア６１を介して第１裏面側金属層５１に伝えられる。第１裏面側金属層５１は、不図示のサーマルシートを介して図１に示されている筐体４の底面に熱接続されている。よって、駆動用ＩＣ１１から発せられた熱は、第１表面側金属層４１，第１サーマルビア６１，第１裏面側金属層５１およびサーマルシートをこの順で伝わり、筐体４の底面に至る。筐体４の底面に至った熱は、筐体４の表面から空気中に放熱される。
【００２８】
発光素子１０から発せられた熱は、第２表面側金属層４２および第２サーマルビア６２を介して第２裏面側金属層５２に伝えられる。第２裏面側金属層５２は、第１裏面側金属層５１と共通のサーマルシートを介して図１に示されている筐体４の底面に熱接続されている。よって、発光素子１０から発せられた熱は、第２表面側金属層４２，第２サーマルビア６２，第２裏面側金属層５２およびサーマルシートをこの順で伝わり、筐体４の底面に至る。筐体４の底面に至った熱は、筐体４の表面から空気中に放熱される。
【００２９】
このように、第１表面側金属層４１は、駆動用ＩＣ１１との関係で吸熱面として機能し、第１裏面側金属層５１は、駆動用ＩＣ１１との関係で放熱面として機能する。また、第２表面側金属層４２は、発光素子１０との関係で吸熱面として機能し、第２裏面側金属層５２は、発光素子１０との関係で放熱面として機能する。
【００３０】
ここで、駆動用ＩＣ１１のグランドである駆動用ＩＣ１１の底面が第１表面側金属層４１と電気的に接続されており、発光素子１０のグランドである発光素子１０の底面が第２表面側金属層４２と電気的に接続されていることは既述のとおりである。つまり、第１表面側金属層４１は駆動用ＩＣ１１との関係でグランド層としても機能し、第２表面側金属層４２は発光素子１０との関係でグランド層としても機能する。但し、第１表面側金属層４１と第２表面側金属層４２とは電気的に分離されている。よって、発光素子１０のグランド層である第２表面側金属層４２は、駆動用ＩＣ１１のグランド層である第１表面側金属層４１に対して電気的に絶縁された発光素子専用のグランド層である。
【００３１】
以上のように、本実施形態では、駆動用ＩＣ１１のグランド層として機能する第１表面側金属層４１と発光素子１０のグランド層として機能する第２表面側金属層４２とが電気的に分離されている。よって、金属層によって駆動用ＩＣ１１と発光素子１０との間に電流経路が形成されることがない。換言すれば、駆動用ＩＣ１１と発光素子１０とは、一対のボンディングワイヤ１２を介してのみ電気的に接続される。よって、発光素子１０の特性、特に高周波特性が向上する。
【００３２】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施形態におけるモジュール基板５は、表裏面にのみ金属層が設けられた２層基板であったが、モジュール基板５は、内層にも金属層が設けられた３層以上の多層基板に置換することができる。例えば、モジュール基板５は、図５に示されるような４層基板に置換することもできる。図５に示されるモジュール基板５は、第１表面側金属層４１および第２表面側金属層４２と第１裏面側金属層５１および第２裏面側金属層５２との間において交互に積層された複数の絶縁層および内側金属層を有する。具体的には、第１表面側金属層４１および第２表面側金属層４２の下に第１絶縁層７１が設けられ、第１絶縁層７１の下に第１内側金属層８１および第２内側金属層８２が設けられている。さらに、第１内側金属層８１および第２内側金属層８２の下に第２絶縁層７２が設けられ、第２絶縁層７２の下に第３内側金属層８３および第４内側金属層８４が設けられている。加えて、第３内側金属層８３および第４内側金属層８４の下に第３絶縁層７３が設けられ、第３絶縁層７３の下に第１裏面側金属層５１および第２裏面側金属層５２が設けられている。
【００３３】
図５に示される第１絶縁層７１，第２絶縁層７２および第３絶縁層７３のそれぞれは一連の樹脂層である。一方、第１内側金属層８１および第２内側金属層８２は同一平面（同一階層）に設けられているが、電気的に分離された不連続な金属層である。同様に、第３内側金属層８３および第４内側金属層８４は同一平面（同一階層）に設けられているが、電気的に分離された不連続な金属層である。
【００３４】
そして、第１表面側金属層４１と第１内側金属層８１とは、第１絶縁層７１を貫通する上段サーマルビア９１を介して熱的および電気的に接続されており、第１内側金属層８１と第３内側金属層８３とは、第２絶縁層７２を貫通する中段サーマルビア９２を介して熱的および電気的に接続されており、第３内側金属層８３と第１裏面側金属層５１とは、第３絶縁層７３を貫通する下段サーマルビア９３を介して熱的および電気的に接続されている。
【００３５】
また、第２表面側金属層４２と第２内側金属層８２とは、第１絶縁層７１を貫通する他の上段サーマルビア９１を介して熱的および電気的に接続されており、第２内側金属層８２と第４内側金属層８４とは、第２絶縁層７２を貫通する他の中段サーマルビア９２を介して熱的および電気的に接続されており、第４内側金属層８４と第２裏面側金属層５２とは、第３絶縁層７３を貫通する他の下段サーマルビア９３を介して熱的および電気的に接続されている。
【００３６】
つまり、第１表面側金属層４１および第１裏面側金属層５１と電気的に接続されている内側金属層の一部（第１内側金属層８１および第３内側金属層８３）と、第２表面側金属層４２および第２裏面側金属層５２と電気的に接続されている内側金属層の他の一部（第２内側金属層８２および第４内側金属層８４）とは、電気的に分離されている。よって、金属層によって駆動用ＩＣ１１と発光素子１０との間に電流経路が形成されることはない。
【００３７】
尚、上記絶縁層の材料は、“プリプレグ”と呼ばれる繊維含有樹脂材料であるが、樹脂層の材料は特定の樹脂材料に限定されず、プリプレグ以外のエポキシ樹脂やガラスエポキシ樹脂などを用いてもよい。また、上記金属層の材料は銅であるが、金属層の材料は特定の金属材料に限定されない。
【００３８】
上記サーマルビアは、多層基板に形成された貫通穴に充填された金属材料からなる中実ビアであるが、貫通穴の内周面に形成された金属膜からなる中空ビアに置換することもできる。
【００３９】
上記実施形態における第１表面側金属層の面積と第１裏面側金属層の面積とは同一であり、第２表面側金属層の面積と第２裏面側金属層の面積とは同一である。しかし、第１裏面側金属層の面積を第１表面側金属層の面積よりも大きくしたり、第２裏面側金属層の面積を第２表面側金属層の面積よりも大きくしたりして放熱効果を高めることもできる。また、同様の目的で各金属層の厚みを異ならせることもできる。
【００４０】
図３に示される実施形態では、駆動用ＩＣ１１，増幅用ＩＣ２１および受光素子２０は共通の金属層（第１表面側金属層４１）に実装されていた。しかし、発光素子１０が実装されている金属層（第２表面側金属層４２）が他の光素子や電子部品が実装されている金属層と電気的に分離されていることが本発明の特徴である。よって、駆動用ＩＣ１１，増幅用ＩＣ２１および受光素子２０を共通の金属層に実装することは必須ではない。例えば、図６（ａ）に示されるように、互いに電気的に分離された第１表面側金属層１０１，第２表面側金属層１０２および第３表面側金属層１０３を設け、第１表面側金属層１０１に駆動用ＩＣ１１を実装し、第２表面側金属層１０２に発光素子１０を実装し、第３表面側金属層１０３に増幅用ＩＣ２１および受光素子２０を実装してもよい。また、図６（ｂ）に示されるように、第１表面側金属層１０１に駆動用ＩＣ１１および増幅用ＩＣ２１を実装し、第２表面側金属層１０２に発光素子１０を実装し、第３表面側金属層１０３に受光素子２０を実装してもよい。これらの場合、それぞれの表面側金属層１０１〜１０３に対応する裏面側金属層を個別に設けてもよく、第１表面側金属層１０１および第３表面側金属層１０３に共通する裏面側金属層と第２表面側金属層１０２に対応する他の裏面側金属層とを設けてもよい。尚、受光素子２０は発光素子１０に比べて発熱量が少ないので、受光素子２０に対応する裏面側金属層は省略してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１    通信モジュール
２    プラグコネクタ
３    光ファイバ
４    筐体
４ａ    下側ケース
５    モジュール基板（多層基板）
６    光電変換部
７    プルタブ
１０    発光素子
１１    駆動用ＩＣ
１２，２２    ボンディングワイヤ
２０    受光素子
２１    増幅用ＩＣ
３０    レンズブロック
３１    支持部材
４１，１０１    第１表面側金属層
４２，１０２    第２表面側金属層
５１    第１裏面側金属層
５２    第２裏面側金属層
６１    第１サーマルビア
６２    第２サーマルビア
７１    第１絶縁層
７２    第２絶縁層
７３    第３絶縁層
８１    第１内側金属層
８２    第２内側金属層
８３    第３内側金属層
８４    第４内側金属層
９１    上段サーマルビア
９２    中段サーマルビア
９３    下段サーマルビア
１０３    第３表面側金属層
【図１】
2017139330.tif 000003
【図２】
2017139330.tif 000004
【図３】
2017139330.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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