JP6958098B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光モジュールに関するものである。

特許文献１には、高周波用半導体素子収納用パッケージに使用される高周波用入出力端子が開示されている。この高周波用出力端子では、高周波信号の伝送方向に沿って延びる複数の線路導体が、誘電体基板の上面に形成されている。複数の線路導体は、伝送方向と直交する方向に沿って並んでいる。複数の線路導体の間には、複数の溝がそれぞれ設けられている。すなわち、各線路導体間の近傍には、空気層が介在する。

特許文献２には、半導体レーザモジュールが開示されている。この半導体レーザモジュールは、半導体レーザを収容する気密パッケージと、半導体レーザと電気的に接続され、気密パッケージの側壁の外側に設けられる複数のステッチとを備える。

特開平１１−２１４５５６号公報 特開平５−３７０６２号公報

高速光通信の為の光モジュールには、例えば半導体レーザ等の光学部品を収容する筐体と、筐体の側壁の内側から外側にわたって設けられるフィードスルーとを備えるものがある。フィードスルーは、筐体の側壁の外側において、筐体内の光学部品と電気的に接続される高周波信号用の信号パッド及び該信号パッドの周辺に配置されるグランド配線を有する。これらのパッドは、例えば金属半田を介して、例えばＦＰＣ基板に接続される。この光モジュールにおいて、信号パッドと、グランド配線とが互いに近接する場合、信号パッドとグランド配線との間に生じる容量結合が増大する。この場合、この容量結合を精度良く調整することが難しくなるので、信号パッドの特性インピーダンスの不整合が生じるおそれがある。その結果、特性インピーダンスの不整合点で生じる電気信号の反射等の影響により、信号パッドの伝送特性が低下するおそれがある。なお、特許文献１に開示された技術を上記の光モジュールに適用する（すなわち、信号パッドと、信号パッドの両側に配置されるグランドパッドとの間に溝を設ける）ことにより、信号パッドの伝送特性の低下を抑える方法が考えられる。この方法は、信号パッドとグランドパッドとの間に生じる容量結合の増大を抑えることにより、信号パッドの伝送特性の低下の抑制を図るものである。

しかしながら、信号パッドとグランドパッドとの間に溝が設けられると、次のような問題が生じることがある。すなわち、これらのパッドとＦＰＣ基板との間の金属半田の余剰分が、当該溝に入り込んでしまうことがある。この場合、当該余剰分の影響により、信号パッドとグランドパッドとの間に生じる容量結合が変化する。更には、当該余剰分を介して信号パッドとグランドパッドとが短絡するおそれがある。また、例えばフラックス等の誘電体が、当該溝を埋めてしまうこともある。この場合、その誘電体の影響により、信号パッドとグランドパッドとの間に生じる容量結合が変化する。従って、信号パッドとグランドパッドとの間に溝が設けられると、信号パッドとグランドパッドとの間に生じる容量結合を精度良く調整することが難しくなるおそれがある。その結果、信号パッドの特性インピーダンスの不整合が生じ、信号パッドの伝送特性の低下を抑えることが難しくなるおそれがある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、信号パッドとグランド配線との間に生じる容量結合の増大を抑えることにより、信号パッドの伝送特性の低下を抑え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。

本発明の光モジュールは、側壁及び底面を有し、底面上に配置される光半導体素子を収容する筐体と、側壁の内側に位置する第１主面、側壁の外側に位置する第２主面、第２主面と対向する裏面、第２主面と裏面との間に配置されてなり基準電位を規定するグランドパターン、及び第２主面とグランドパターンとの間に設けられる空洞部を有するフィードスルーと、を備え、第１主面は、光半導体素子と電気的に接続される伝送線路を含み、第２主面は、伝送線路と電気的に接続される信号パッド、並びに、第２主面に沿った第１方向において信号パッドの両側にそれぞれ配置されており基準電位を規定する第１グランドパッド及び第２グランドパッドを含み、空洞部は、信号パッドとグランドパターンとの間に位置する部分を含む。

本発明による光モジュールによれば、信号パッドとグランド配線との間に生じる容量結合の増大を抑えることにより、信号パッドの伝送特性の低下を抑えることができる。

一実施形態の光モジュールの上面図である。 図１のII−II線に沿った断面図である。 図１の光モジュールの斜視図である。 図１の光モジュールの背面図である。 図４の各空洞部付近の拡大図である。 図４の各空洞部付近の拡大側面図である。 ＦＰＣ基板とフィードスルーとが互いに接続される前の状態を示す上面図である。 ＦＰＣ基板がフィードスルーに接続される様子を示す側面図である。 比較例としての光モジュールの斜視図である。 図９の各溝付近の拡大図である。 図９の各溝付近の拡大正面図である。 比較例としての光モジュールが有する課題を説明する為の図である。 第１変形例による光モジュールの上面図である。 第２変形例による光モジュールの各空洞部の拡大上面図である。 第３変形例による光モジュールの斜視図である。 図１５の各空洞部付近の拡大図である。 図１５の各空洞部付近の拡大側面図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明の一実施形態の光モジュールは、側壁及び底面を有し、底面上に配置される光半導体素子を収容する筐体と、側壁の内側に位置する第１主面、側壁の外側に位置する第２主面、第２主面と対向する裏面、第２主面と裏面との間に配置されてなり基準電位を規定するグランドパターン、及び第２主面とグランドパターンとの間に設けられる空洞部を有するフィードスルーと、を備え、第１主面は、光半導体素子と電気的に接続される伝送線路を含み、第２主面は、伝送線路と電気的に接続される信号パッド、並びに、第２主面に沿った第１方向において信号パッドの両側にそれぞれ配置されており基準電位を規定する第１グランドパッド及び第２グランドパッドを含み、空洞部は、信号パッドとグランドパターンとの間に位置する部分を含む。

上記の光モジュールでは、空洞部が、信号パッドと、グランド配線であるグランドパターンとの間に位置する部分を含んでいる。すなわち、第１方向におけるグランドパターンと、信号パッドとの間の近傍には、空気層が介在する。ここで、空気の比誘電率は、例えばフィードスルーの材料として用いられるセラミックの比誘電率よりも小さい。この比誘電率の小さい空気層の厚さを調整することにより、信号パッドとグランドパターンとの間に生じる容量結合を調整することができる。これにより、信号パッドの特性インピーダンスの整合をとることができる。その結果、信号パッドの伝送特性の低下を抑えることができる。また、空洞部は、主面とグランドパターンとの間に設けられているので、主面上に露出していない。これにより、信号パッド及びグランドパッドと接続部品（例えばＦＰＣ基板）との接続に用いる金属半田又はフラックスが、空洞部内に入り込むことを抑制することができる。その結果、信号パッドとグランドパターンとの間に生じる容量結合が、金属半田又はフラックスの影響により変化するような事態を抑えることができる。

また、上述した光モジュールでは、第２主面と直交する第２方向において、空洞部の幅は、信号パッドとグランドパターンとの距離の半分以上であってもよい。これにより、信号パッドとグランドパターンとの間において、空気層を十分に確保することができるので、上記の効果を顕著に奏することができる。

また、上述した光モジュールでは、フィードスルーは、第２主面とグランドパターンとの間に配置されており第１方向において互いに対向する第１側面及び第２側面を更に有し、空洞部は、第１側面から第２側面にわたって貫通してもよい。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る光モジュールの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（実施形態）
図１は、一実施形態の光モジュール１の上面図である。図２は、図１のII−II線に沿った断面図である。なお、各図には、理解の容易の為、ＸＹＺ直交座標系が示されている。また、各図では、説明の為に筐体２の上蓋が省略されている。本実施形態では、光モジュール１としてＴＯＳＡ（Transmit Optical Sub-Assembly）型光モジュールを示す。光モジュール１は、筐体２と、光結合部２０と、フィードスルー３０と、高周波信号用のＦＰＣ基板５０と、電源およびアナログ信号用のＦＰＣ基板６０とを備える発光モジュールである。

筐体２は、Ｙ方向（第２方向）に延びる直方体形状を呈している。筐体２は、Ｙ方向において互いに対向する側壁２ａ，２ｂ、及びＺ方向と交差する底面２ｃを有する。側壁２ａ，２ｂは、Ｘ方向に沿っている。底面２ｃは、側壁２ａ，２ｂのＺ方向における下端に接している。筐体２は、少なくとも１つの半導体レーザ（ＬＤ）３を収容する。なお、ＬＤ３は、本実施形態における光半導体素子である。一例では、筐体２は、複数（例えば４つ）のＬＤ３を収容する。各ＬＤ３は、底面２ｃ上に配置され、Ｘ方向（第１方向）に沿って並んでいる。例えば、各ＬＤ３が直接変調方式のＬＤである場合、ＦＰＣ基板５０を介して提供される変調電流信号に応じてレーザ光の光強度変調が行われる。各レーザ光の波長は、ＭＳＡで規格化される４つの異なる波長からなる。各レーザ光の強度は、各ＬＤ３に対応して配置される各受光素子から出力される電流量によりモニタリングされ、ＦＰＣ基板６０を介して出力される。

また、筐体２は、温度制御素子４、ベース５，キャリア６，７、サーミスタ８、レンズ１０、及び光合波器１１を収容する。温度制御素子４は、底面２ｃの上に搭載される。温度制御素子４は、例えばＴＥＣ（Thermoelectric Cooler）を含んでいる。温度制御素子４は、サーミスタ８から得られる抵抗値が一定の値となるよう温度制御素子４に供給する電圧を制御し、各ＬＤ３の温度を一定となるよう制御することによって、各ＬＤ３にて発生するレーザ光の波長の制御を行う。ベース５は、温調制御素子４による熱流入を効率的に行える熱伝導率の良い材料が好ましく、例えば窒化アルミから構成される。ベース５は、温度制御素子４上に搭載される。ベース５上には、キャリア６，７が搭載される。キャリア６は、ＬＤ３で生じる発熱を効率的に拡散することができる熱伝導率の良い材料が好ましく、たとえば窒化アルミから構成される。キャリア７は、レンズ１０や光合波器１１といった発熱を伴わない部品が搭載されるので、例えば窒化アルミもしくはアルミナから構成される。キャリア６上には、各ＬＤ３、サーミスタ８が搭載される。サーミスタ８は、各ＬＤ３の周辺温度を検出する。また、キャリア６上には、例えばボンディングワイヤを介して複数のＬＤ３と電気的に接続される複数の配線が形成されている。複数の配線は、ＦＰＣ基板５０を介して提供される変調信号を複数のＬＤ３に伝送する為に設けられる。

キャリア７は、Ｙ方向においてキャリア６と側壁２ａとの間に配置される。キャリア７上には、４つのレンズ１０、及び光合波器１１が搭載される。各レンズ１０は、各ＬＤ３に対応して配置され、各ＬＤ３と光学的に結合される。各レンズ１０は、各ＬＤ３から出力されたレーザ光を平行化する。光合波器１１は、Ｙ方向において各レンズ１０と光結合部２０との間の光路上に配置される。光合波器１１は、各レンズ１０と光学的に結合され、各レンズ１０によって平行化された波長の異なる４つのレーザ光を合波する。光合波器１１によって合波されたレーザ光（平行光）は、光結合部２０に入力する。

光結合部２０は、Ｙ方向に沿って延びる円柱形状を呈している。光結合部２０の一部は、側壁２ａに埋め込まれている。当該一部には、図２に示されるように、光学窓２１が収容されている。光学窓２１は、光合波器１１と光学的に結合される。光結合部２０の残部は、Ｙ方向において側壁２ａの外側に位置する。当該残部は、光学窓２１と光学的に結合されるレンズ及び光ファイバを保持する。光合波器１１から出力されたレーザ光（平行光）は、その光ファイバ手前に配置したレンズにより集光されて光ファイバと光学的に結合される。つまり、光結合部２０に入力したレーザ光は、当該残部に保持されたレンズを介して当該光ファイバに入力する。当該光ファイバに入力したレーザ光は、光モジュール１の外部に提供される。

フィードスルー３０は、側壁２ｂの内側と外側とを電気的に接続する為に設けられる。フィードスルー３０は、底面２ｃ上に配置され、Ｙ方向に沿って側壁２ｂの内側から外側にわたって延びている。フィードスルー３０は、例えばアルミナを含むセラミックから構成される。フィードスルー３０は、側壁２ｂの内側に設けられる内側領域３１、側壁２ｂの外側に設けられる外側領域３５、及びＸＹ平面内において内側領域３１から外側領域３５にわたって形成されており基準電位を規定するグランドパターン４５を有する。

内側領域３１は、Ｚ方向と交差する主面３２（第１主面）、及びＺ方向と交差する主面３３を含む。主面３２，３３は、Ｙ方向において側壁２ｂの内側に位置する。主面３２は、ＦＰＣ基板５０を介して提供される変調信号を各ＬＤ３に伝送する伝送線路３２ｃ（図１参照）を含む。伝送線路３２ｃは、ＬＤ３と電気的に接続される少なくとも１つの信号配線３２ａ、及び基準電位を規定する少なくとも２つのグランド配線３２ｂを含む。一例では、図１に示されるように、主面３２は、複数（例えば８つ）の信号配線３２ａ及び複数（例えば９つ）のグランド配線３２ｂを含む。各信号配線３２ａ及び各グランド配線３２ｂは、Ｙ方向に沿って延びている。また、各信号配線３２ａ及び各グランド配線３２ｂは、Ｘ方向に沿って交互に並んでいる。すなわち、２つのグランド配線３２ｂは、Ｘ方向において１つの信号配線３２ａの両側にそれぞれ配置される。なお、本実施形態では、１つのグランド配線３２ｂを介して隣接する２つの信号配線３２ａは、１つの差動信号配線を構成する。この差動信号配線は、複数のＬＤ３に対応して複数（例えば４つ）設けられる。各差動信号配線及び各グランド配線３２ｂは、例えばボンディングワイヤを介してキャリア６上の配線に接続される。従って、各差動信号配線は、ボンディングワイヤ及びキャリア６上の配線を介して、各ＬＤ３と電気的に接続される。主面３３は、電源配線及びアナログ信号配線を含む複数の配線３３ａを含む。各配線３３ａは、例えばボンディングワイヤを介してサーミスタ８、及び温度制御素子４と電気的に接続される。

図３は、図１の光モジュール１の斜視図である。なお、図３では、説明の為にＦＰＣ基板５０，６０を省略している。外側領域３５は、図３に示されるように、Ｚ方向と直交する主面３６（第２主面）、Ｚ方向において主面３６と対向する裏面３７、Ｘ方向において互いに対向する側面３８及び側面３９、Ｙ方向において側壁２ｂに対して内側領域３１とは反対側に配置される前面４０、並びに、Ｙ方向において前面４０を含む平面と側壁２ｂを含む平面との間に配置される前面４１を含む。

主面３６は、Ｙ方向において側壁２ｂの外側に位置する。主面３６は、少なくとも１つの信号パッド３６ａ、及び少なくとも２つのグランドパッド３６ｂ（第１グランドパッド及び第２グランドパッド）、及び、Ｘ方向において信号パッド３６ａと２つのグランドパッド３６ｂとの間にそれぞれ位置する少なくとも２つの中間領域３６ｃ（第１中間領域及び第２中間領域）を含む。一例では、主面３６は、複数（例えば８つ）の信号パッド３６ａ及び複数（例えば９つ）のグランドパッド３６ｂを含む。各信号パッド３６ａ及び各グランドパッド３６ｂは、Ｙ方向に沿って延びている。また、各信号パッド３６ａ及び各グランドパッド３６ｂは、Ｘ方向に沿って交互に並んでいる。すなわち、２つのグランドパッド３６ｂは、Ｘ方向において１つの信号パッド３６ａの両側にそれぞれ配置される。なお、本実施形態では、１つのグランドパッド３６ｂを介して隣接する２つの信号パッド３６ａは、１つの差動信号パッドを構成する。この差動信号パッドは、複数の差動信号配線に対応して複数（例えば４つ）設けられる。各差動信号パッドは、１つのグランドパッド３６ｂを介して互いに隣接する。各差動信号パッドは、主面３２の各差動信号配線と電気的に接続される。結果的に、各差動信号パッドは、伝送線路３２ｃの各差動信号配線、キャリア６上の配線、及びボンディングワイヤを介して各ＬＤ３と電気的に接続される。各グランドパッド３６ｂは、基準電位を規定しており、各グランド配線３２ｂと電気的に接続される。裏面３７は、電源パッド及びアナログ信号パッドを含む複数のパッド３７ａ（図２参照）を含む。各パッド３７ａは、例えばビアを介して各配線３３ａと電気的に接続される。グランドパターン４５は、Ｚ方向において主面３６と裏面３７との間に位置する部分を含み、主面３６及び裏面３７に沿っている。側面３８，３９は、Ｚ方向において主面３６と裏面３７との間に配置されている。側面３８，３９は、Ｚ方向において主面３６とグランドパターン４５との間に位置する部分を含む。また、グランドパターン４５は、グランドパッド３６ｂとビアとを介して電気的に接続されている。

外側領域３５は、少なくとも１つの空洞部４２を更に含む。一例では、図３に示されるように、外側領域３５は、複数（例えば８つ）の空洞部４２を含む。各空洞部４２は、Ｙ方向を長手方向とする直方体形状を呈している。図４は、図１の光モジュール１の背面図である。図５は、図４の各空洞部４２付近の拡大図である。図６は、図４の各空洞部４２付近の拡大側面図である。なお、図６では、説明の為にＦＰＣ基板５０を省略している。各空洞部４２は、図４に示されるように、Ｚ方向において主面３６と裏面３７との間に設けられる。空洞部４２は、Ｚ方向において信号パッド３６ａを介して隣接する２つの中間領域３６ｃと裏面３７との間に位置する部分４２ａを含む。また、空洞部４２は、信号パッド３６ａとグランドパターン４５との間に位置する部分４２ｂを含む。一例では、空洞部４２は、Ｚ方向においてその２つの中間領域３６ｃ及び信号パッド３６ａとグランドパターン４５との間に位置する。また、一例では、各空洞部４２は、グランドパターン４５上に位置しており、グランドパターン４５は、各空洞部４２内に露出している。図５に示されるように、各空洞部４２のＺ方向における厚さｄ１は、各信号パッド３６ａとグランドパターン４５とのＺ方向における距離ｄ２の半分か、もしくは半分以上である。一例では、厚さｄ１は、セラミックシート1枚分もしくは1枚分以上の厚さに相当しており、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍであり、距離ｄ２は、セラミックシート2枚もしくは2枚以上の厚さに相当しており、０．２ｍｍ〜０．６ｍｍである。

また、各空洞部４２は、図４及び図５に示されるように、側面３８から側面３９に向かってＸ方向に沿って並んでおり、互いに離間している。具体的には、各空洞部４２は、図５に示されるように、Ｚ方向において各グランドパッド３６ｂと裏面３７との間に位置する外側領域３５の部分３５ａを介して、Ｘ方向において互いに離間している。Ｘ方向の寸法は信号パッド３６ａとグランドパッド３６ｂとのピッチによって決まる寸法となり、一例では、パッドのピッチ、つまり信号パッド３６ａとグランドパッド３６ｂとのピッチは０．３ｍｍから０．６ｍｍの範囲であり、グランドパッド３６ｂと隣接するグランドパッド３６ｂとの間隔は０．６ｍｍから１．２ｍｍとなる。一方、各空洞部４２間の距離は、グランドパッド３６ｂとグランドパターン４５とを接続するビアの直径およびクリアランスによる寸法制約を受け、ビアの直径を０．１ｍｍとした場合には、０．２ｍｍから０．４ｍｍとなる。その結果、各空洞部４２のＸ方向の寸法の上限は、グランドパッド３６ｂのピッチと各空洞部４２間の距離との差分で規定される。また、各空洞部４２は、図６に示されるように、前面４０に開口を有しており、Ｙ方向に沿って前面４０から前面４１を含む平面に向かって延びている。すなわち、各空洞部４２は、Ｙ方向において、前面４０を含む平面と前面４１を含む平面との間に設けられる。一例では、各空洞部４２のＹ方向における長さは、例えば０．５ｍｍ〜１．５ｍｍである。この寸法（長さ）は、前面４０から前面４１の寸法にも依存する。この寸法例は、前面４０から前面４１の寸法が１ｍｍである場合の例である。

ＦＰＣ基板５０は、図５に示されるように、Ｚ方向と交差する表面５１、Ｚ方向において表面５１と対向する裏面５２、及び表面５１上及び裏面５２上に設けられる複数の信号パッド５３ａ及び複数のグランドパッド５３ｂを含む。裏面５２は、Ｚ方向において主面３６と対向している。各信号パッド５３ａ及び各グランドパッド５３ｂは、Ｙ方向に沿って延びており、Ｘ方向に沿って交互に並んでいる。表面５１上に設けられる各信号パッド５３ａと、裏面５２上に設けられる各信号パッド５３ａとは、ビア５４を介して互いに電気的に接続されている。同様にして、表面５１上に設けられる各グランドパッド５３ｂと、裏面５２上に設けられる各グランドパッド５３ｂとは、ビア５４を介して互いに電気的に接続されている。各信号パッド５３ａ及び各グランドパッド５３ｂは、各信号パッド３６ａ及び各グランドパッド３６ｂに金属半田７０を介してそれぞれ接続される。ＦＰＣ基板５０は、各差動信号パッド、各差動信号配線、キャリア６上の配線、及びボンディングワイヤを介して、各ＬＤ３に変調信号を提供する（図１参照）。

図７は、各信号パッド５３ａ及び各グランドパッド５３ｂと、各信号パッド３６ａ及び各グランドパッド３６ｂとがそれぞれ互いに接続される前の状態を示す上面図である。なお、図７では、ＦＰＣ基板５０の裏面５２が上面を向いている。各信号パッド５３ａ及び各グランドパッド５３ｂは、図７に示されるように、各信号パッド３６ａ及び各グランドパッド３６ｂに対応してそれぞれ配置されている。図８は、ＦＰＣ基板５０，６０が主面３６及び裏面３７にそれぞれ接続される様子を示す側面図である。ＦＰＣ基板５０の各信号パッド５３ａ及び各グランドパッド５３ｂを、各信号パッド３６ａ及び各グランドパッド３６ｂにそれぞれ接続する際には、図８に示されるように、裏面５２をＺ方向において主面３６と対向させる。そして、裏面５２上に設けられる各信号パッド３６ａ及び各グランドパッド３６ｂを、金属半田７０及びフラックスを用いて、各信号パッド３６ａ及び各グランドパッド３６ｂにそれぞれ接続させる。また、ＦＰＣ基板６０が有する複数のパッド６１を、上記と同様にして、各パッド３７ａに接続させる。各パッド６１は、複数の電源パッドおよびアナログ信号パッドを含む。ＦＰＣ基板６０は、各パッド３７ａ、ビア、各配線３３ａ、及びボンディングワイヤを介して各ＬＤ３、サーミスタ８、及び温度制御素子４に電流を提供する（図１参照）。

以上に説明した、本実施形態の光モジュール１によって得られる効果を、比較例が有する課題と共に説明する。図９は、比較例としての光モジュール１００の斜視図である。図９に示されるように、光モジュール１００は、筐体２と、光結合部２０と、フィードスルー３０Ａとを備える。フィードスルー３０Ａと本実施形態のフィードスルー３０との相違点は、フィードスルー３０Ａが、複数の空洞部４２に代えて複数の溝１０１を有する点である。各溝１０１は、図９に示されるように、主面３６に形成されており、Ｙ方向に沿って延びている。図１０は、図９の各溝１０１付近の拡大図である。図１１は、図９の各溝１０１付近の拡大正面図である。各溝１０１は、図１０及び図１１に示されるように、Ｘ方向において各信号パッド３６ａと各グランドパッド３６ｂとの間に設けられる。各溝１０１は、Ｚ方向において主面３６からグランドパターン４５に向かって窪みを構成する。

このように、各信号パッド３６ａと各グランドパッド３６ｂとの間に各溝１０１を設けることにより、各信号パッド３６ａと各グランドパッド３６ｂとの間の近傍には、空気層がそれぞれ介在することとなる。ここで、空気の比誘電率は、フィードスルー３０の材料として用いられるセラミックの比誘電率よりも小さい。従って、比誘電率の小さい空気層が各信号パッド３６ａと各グランドパッド３６ｂとの間の近傍に介在することで、各信号パッド３６ａと各グランドパッド３６ｂとの間に生じる容量結合の増大を抑えることが可能になると考えられる。

しかしながら、各信号パッド３６ａと各グランドパッド３６ｂとの間に各溝１０１を設けると、次のような問題が生じることがある。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、比較例としての光モジュール１００が有する課題を説明する為の図である。図１２（ａ）は、信号パッド３６ａと信号パッド５３ａとの間の金属半田７０の余剰分７０Ａ，７０Ｂが、各溝１０１内に入り込んだ状態を示している。図１２（ａ）に示されるように、信号パッド３６ａと信号パッド５３ａとの間の金属半田７０の余剰分７０Ａが、信号パッド３６ａに隣接する溝１０１内に入り込んでいる。この場合、この余剰分７０Ａは、信号パッド３６ａと同電位となり、隣接するグランドパッド３６ｂとの物理的な距離が近くなってしまう。その影響により、信号パッド３６ａとグランドパッド３６ｂとの間に生じる容量結合が増加する。また、図１２（ａ）において、金属半田７０の余剰分７０Ｂは、溝１０１内に入り込み、当該信号パッド３６ａに隣接するグランドパッド３６ｂと、グランドパッド５３ｂとの間の金属半田７０に接触している。この場合、余剰分７０Ｂを介して、信号パッド３６ａとグランドパッド３６ｂとが短絡してしまい、適切に信号を伝達出来なくなってしまう。

図１２（ｂ）は、金属半田７０の接続時に使用するフラックス７１が各溝１０１内に埋め込まれた状態を示している。この場合も、このフラックス７１の影響により、信号パッド３６ａとグランドパッド３６ｂとの間に生じる容量結合が増加する。従って、各信号パッド３６ａと各グランドパッド３６ｂとの間に各溝１０１が設けられると、各信号パッド３６ａと各グランドパッド３６ｂとの間に生じる容量結合が設計と異なる状態になってしまう恐れがある。その結果、各信号パッド３６ａの特性インピーダンスの不整合が生じ、その不整合により伝達される信号の一部が反射してしまうことにより、各信号パッド３６ａの伝送特性が低下するおそれがある。

このように、各信号パッド３６ａと各グランドパッド３６ｂとの間に各溝１０１を設けると、結果として、各信号パッド３６ａの伝送特性が低下してしまうという問題が生じることがある。これに対し、本実施形態の光モジュール１は、主面３６と裏面３７との間に各空洞部４２を設けることで、上記の光モジュール１００とは異なる観点から各信号パッド３６ａの伝送特性の低下の抑制を図るものである。本実施形態の光モジュール１では、各空洞部４２は、各信号パッド３６ａと、グランドパターン４５との間に位置する部分４２ａを含んでいる。すなわち、Ｘ方向における各信号パッド３６ａとグランドパターン４５との間の近傍には、空気層が介在する。ここで、上述したように、空気の比誘電率は、フィードスルー３０の材料として用いられるセラミックの比誘電率よりも小さい。この比誘電率の小さい空気層の厚さを調整することにより、各信号パッド３６ａとグランドパターン４５との間に生じる容量結合を調整することができる。これにより、各信号パッド３６ａの特性インピーダンスの整合をとることができる。その結果、各信号パッド３６ａの伝送特性の低下を抑えることができる。また、空洞部４２は、主面３６と裏面３７との間に設けられるので、主面３６上に露出していない。これにより、各信号パッド３６ａ及び各グランドパッド３６ｂと、ＦＰＣ基板５０の各信号パッド５３ａ及び各グランドパッド５３ｂとの接続に用いる金属半田７０（具体的には余剰分７０Ａ及び余剰分７０Ｂ）及びフラックス７１が、各空洞部４２内に入り込むことを抑制することができる。その結果、各信号パッド３６ａとグランドパターン４５との間に生じる容量結合が、金属半田７０（具体的には余剰分７０Ａ及び余剰分７０Ｂ）又はフラックス７１の影響により変化するような事態を抑えることができる。

また、光モジュール１では、Ｚ方向において、各空洞部４２の厚さｄ１は、各信号パッド３６ａとグランドパターン４５との距離ｄ２の半分以上であってもよい。これにより、Ｚ方向における各信号パッド３６ａとグランドパターン４５との間において、空気層を十分に確保することができるので、上記の効果を顕著に奏することができる。

（第１変形例）
図１３は、上記実施形態の第１変形例による光モジュール１Ａの上面図である。本変形例と上記実施形態との相違点は、ＬＤ３の数である。すなわち、本変形例では、１つのＬＤ３が筐体２内に収容される。また、本変形例の光モジュール１Ａは、ＦＰＣ基板６０を備えておらず、ＦＰＣ基板５０に代えてＦＰＣ基板５０Ａを備える。ＦＰＣ基板５０Ａは、複数（例えば２つ）の信号パッド５３ａ、複数（例えば３つ）のグランドパッド５３ｂ、及び複数（例えば４つ）のパッド６１を有する。各パッド６１は、各信号パッド５３ａ及び各グランドパッド５３ｂを挟んでＸ方向における両側に配置される。複数の信号パッド５３ａは、複数（例えば２つ）の信号パッド３６ａ、複数（例えば２つ）の信号配線３２ａ、キャリア６上の配線、及びボンディングワイヤを介して、ＬＤ３に変調信号を提供する。なお、２つの信号パッド３６ａは、差動信号パッドを構成し、２つの信号配線３２ａは、差動信号配線を構成する。このように１つのＬＤ３が筐体２内に収容される場合であっても、上記実施形態と同様にして主面３６と裏面３７との間に各空洞部４２が設けられることにより、上記実施形態の効果と同様の効果を好適に奏することができる。

（第２変形例）
図１４は、上記実施形態の第２変形例による光モジュール１Ｃの各空洞部４２Ｂの拡大上面図である。本変形例と上記実施形態との相違点は、各空洞部の形状である。すなわち、各空洞部４２Ｂは、Ｙ方向における側壁２ｂ（例えば図３参照）に向けてＸ方向の幅が狭まるテーパ部４２ｃを含む。換言すれば、各空洞部４２Ｂの側壁２ｂ側のＸ方向の幅は、各空洞部４２Ｂの前面４０側のＸ方向の幅よりも小さくなっている。これにより、外側領域３５の側壁２ｂ近傍（具体的には前面４１近傍）において空洞部４２Ｂが占める割合を小さくすることができるので、外力による応力が集中し易い外側領域３５の側壁２ｂ近傍の機械的強度の低下を抑えることができる。

（第３変形例）
図１５は、上記実施形態の第３変形例による光モジュール１Ｄの斜視図である。図１６は、図１５の各空洞部４２Ｃ付近の拡大図である。図１７は、図１５の各空洞部４２Ｃ付近の拡大側面図である。本変形例と上記実施形態との相違点は、各空洞部の配置である。すなわち、各空洞部４２Ｃは、Ｚ方向における主面３６と裏面３７との間において、側面３８から側面３９まで貫通している。また、各空洞部４Ｃは、前面４０から前面４１（側壁２ｂ）に向かってＹ方向に沿って並んでいる。一例では、２つの空洞部４２ＣがＹ方向に沿って並んでいる。各空洞部４Ｃは、Ｙ方向において互いに離間している。一例では、各空洞部４２Ｃ間の距離は、グランドパッド３６ｂのビアが配置出来るよう０．２ｍｍから０．４ｍｍである。このように、複数の空洞部４２Ｃが、Ｙ方向において互いに離間して配置されることにより、Ｙ方向において各空洞部４２Ｃ間に位置する外側領域３５の部分は、主面３６を支持する支柱としての機能を有する。その結果、外側領域３５の主面３６近傍の機械的強度の低下を抑えることができる。これにより、ＦＰＣ基板５０の各信号パッド５３ａ及びグランドパッド５３ｂを、主面３６の各信号パッド３６ａ及び各グランドパッド３６ｂに金属半田７０を用いてそれぞれ接続する際において、例えばヒータブロックを用いて主面３６を押圧しても、主面３６近傍が破損することを抑制することができる。

本発明の光モジュールは、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上述した実施形態及び各変形例を、必要な目的及び効果に応じて互いに組み合わせてもよい。また、上述した実施形態及び各変形例では、空洞部は、直方体形状を呈していたが、他の形状を呈してもよい。また、上述した実施形態及び各変形例では、複数の空洞部が設けられていたが、１つの空洞部が設けられてもよい。また、上述した実施形態及び各変形例では、差動信号パッドを構成する２つの信号パッド、及び差動信号配線を構成する２つの信号配線が１つのＬＤに対応して設けられていたが、１つの信号パッド及び１つの信号配線が１つのＬＤに対応して設けられてもよい。

１，１Ａ，１Ｃ，１Ｄ…光モジュール、２…筐体、２ａ，２ｂ…側壁、２ｃ…底面、３…ＬＤ、４…温度制御素子、５…ベース、６，７…キャリア、８…サーミスタ、１０…レンズ、２１…光学窓、１１…光合波器、２０…光結合部、３０…フィードスルー、３１…内側領域、３２，３３，３６…主面、３２ａ…信号配線、３２ｂ…グランド配線、３２ｃ…伝送線路、３３ａ…配線、３５…外側領域、３６ａ，５３ａ…信号パッド、３６ｂ，５３ｂ…グランドパッド、３６ｃ…中間領域、３７…裏面、３７ａ，６１…パッド、３８，３９…側面、４０，４１…前面、４２，４２Ｂ，４２Ｃ…空洞部、４２ａ，４２ｂ，３５ａ…部分、４２ｃ…テーパ部、４５…グランドパターン、５０，６０…ＦＰＣ基板、５１…表面、５２…裏面、５４…ビア、ｄ１…厚さ、ｄ２…距離。

Claims (4)

1. 側壁及び底面を有し、前記底面上に配置される光半導体素子を収容する筐体と、
   前記側壁の内側に位置する第１主面、前記側壁の外側に位置する第２主面、前記第２主面と対向する裏面、前記第２主面と前記裏面との間に配置されてなり基準電位を規定するグランドパターン、及び前記第２主面と前記グランドパターンとの間に設けられる空洞部を有するフィードスルーと、を備え、
   前記第１主面は、前記光半導体素子と電気的に接続される伝送線路を含み、
   前記第２主面は、前記伝送線路と電気的に接続される信号パッド、並びに、前記第２主面に沿った第１方向において前記信号パッドの両側にそれぞれ配置されており基準電位を規定する第１グランドパッド及び第２グランドパッドを含み、
   前記フィードスルーは、前記側壁の外側に配置される第１前面と、前記第１前面を含む平面と前記側壁を含む平面との間に配置される第２前面と、を更に有し、
   前記空洞部は、前記信号パッドと前記グランドパターンとの間に位置する部分を含み、前記第１前面と前記第２前面を含む平面との間において、前記信号パッドが延在する方向に沿って延在している、光モジュール。
2. 前記フィードスルーは、前記第２主面と直交する第２方向において、前記第１グランドパッドと前記裏面との間、及び前記第２グランドパッドと前記裏面との間にそれぞれ位置する部分を含み、
   前記空洞部は、前記第１方向に沿って複数並んでおり、前記第１方向において前記フィードスルーの前記部分を介して互いに離間している、請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記裏面は、電源パッド及びアナログ信号パッドを含む複数のパッドを含み、
   前記信号パッド、前記第１グランドパッド、及び前記第２グランドパッドは、高周波信号を伝送する第１ＦＰＣに接続され、
   前記複数のパッドは、電源及びアナログ信号用の第２ＦＰＣに接続されてなる、請求項１又は２に記載の光モジュール。
4. 側壁及び底面を有し、前記底面上に配置される光半導体素子を収容する筐体と、
   前記側壁の内側に位置する第１主面、前記側壁の外側に位置する第２主面、前記第２主面と対向する裏面、前記第２主面と前記裏面との間に配置されてなり基準電位を規定するグランドパターン、及び前記第２主面と前記グランドパターンとの間に設けられる空洞部を有するフィードスルーと、を備え、
   前記第１主面は、前記光半導体素子と電気的に接続される伝送線路を複数含み、
   前記第２主面は、前記伝送線路と電気的に接続される信号パッドと、前記第２主面に沿った第１方向において前記信号パッドの両側にそれぞれ配置されており基準電位を規定する第１グランドパッド及び第２グランドパッドと、を複数含み、
   複数の前記信号パッド、前記第１グランドパッド及び前記第２グランドパッドは、前記第１方向に沿って並んでおり、
   前記空洞部は、前記信号パッドと前記グランドパターンとの間に位置する部分を含み、
   前記フィードスルーは、前記第２主面と前記グランドパターンとの間に配置されており前記第１方向において互いに対向する第１側面及び第２側面を更に有し、
   前記空洞部は、前記第１側面から前記第２側面にわたって貫通する、光モジュール。

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