(57)【要約】【課題】ＩＣチップを内蔵した場合であっても、当該ＩＣチップが電磁ノイズ源となったり、外部からの影響により誤作動したりするのを抑制した小型の光電変換モジュールを提供する。【解決手段】光モジュール１は、ＬＤ２を含む回路素子が実装される素子実装部材４にキャップ５を取り付けて構成される同軸型のパッケージを備えると共に、ＧＮＤピン６ｂ及び電源ピンを含むリードピンが、素子実装部材４に設けられている。素子実装部材４は、誘電体部材４２を挟んで対向する一対の金属板部材４１，４３からなり、一方の金属板部材４１にＧＮＤピン６ｂが電気接続され、他方の金属板部材４３に電源ピン６ａが電気接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子を含む回路素子が実装される素子実装部材にキャップを取り付けて構成される同軸型のパッケージを備えると共に、グラウンドピン及び電源ピンを含むリードピンが、前記素子実装部材に設けられた光電変換モジュールであって、
前記素子実装部材は、誘電体部材を挟んで対向する一対の金属板部材からなり、該一対の金属板部材のいずれか一方に前記グラウンドピンが電気接続され、他方に前記電源ピンが電気接続されていることを特徴とする光電変換モジュール。
【請求項２】
前記電源ピンが電気接続されている側の金属板部材の周囲を絶縁体で覆うことを特徴とする請求項１に記載の光電変換モジュール。
【請求項３】
前記回路素子は、集積回路を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子を含む回路素子を小型の筐体内に搭載して構成される光電変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信に用いられる光電変換モジュール（以下、光モジュールという）は、光電変換素子等の回路素子を搭載しており、当該素子と外部回路との電気接続のために、その筐体にリードピンを備えている。このような光モジュールは、光通信用の電子機器である光データリンクに搭載され、当該光データリンク内では、リードピンやフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit board）を介してプリント回路基板に接続されている。
【０００３】
また、光データリンクを始めとする電子機器では、プリント回路基板や集積回路（以下、ＩＣ（Integrated Circuit）チップという）を用いており、処理速度の向上に伴い、例えばＩＣチップをノイズ発生源としプリント回路基板をアンテナとして放射されるプリント回路基板等に関わる電磁波ノイズに対する対策が重要になってきている。プリント回路基板からの放射ノイズを抑えるために、デカップリングキャパシタやバイパスキャパシタをプリント回路基板上に実装することは以前から行われている。
【０００４】
また、最近では、プリント回路基板に放射ノイズ抑制のためのキャパシタ等の受動部品を埋め込んだ「部品内蔵基板」と呼ばれる基板や、ＩＣチップ内に上記受動部品を実装したものも現われており、この基板等を用いれば、放射ノイズを抑制するために、よりノイズ発生源に近い位置にキャパシタを置くことが可能となっていた。
なお、特許文献１等には、信号線層とグラウンド層と電源層とが積層され、電源層に複数の島状電源パターンが設けられたプリント回路基板において、互いに隣接する島状電源パターン同士をキャパシタによって接続することにより、不要輻射ノイズを抑制する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１６３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光データリンクでは、光モジュールをＦＰＣを介してプリント回路基板へ接続するが、光モジュールにＩＣチップを搭載している場合、上記の方法を用いても放射ノイズの抑制が十分でない。これは、ノイズを最も抑制できるキャパシタの実装位置がプリント回路基板上であるため、光モジュール内でのスイッチングによる電源・グラウンドの変動が、ＦＰＣ（やプリント回路基板）に伝わってしまうから、すなわち、ＩＣチップが大きなノイズ源となってしまうからである。このように、光データリンクには、放射ノイズを抑えるキャパシタ等の受動部品の実装位置がプリント回路基板上のみであると、当該受動部品が、光モジュール内のＩＣチップから遠く、放射ノイズを十分に抑制できない問題がある。
【０００６】
また、光モジュールにＩＣチップを内蔵している場合、光データリンクのプリント回路基板上にキャパシタを実装したとしても、プリント回路基板内の他のＩＣチップの動作による電源・グラウンドの揺れ等のノイズがＦＰＣを伝わり、その結果、モジュール内のＩＣチップが誤作動してしまう可能性もある。
上述の難点を解決するために、ＩＣチップ内に受動部品を実装したものを光モジュールの筐体に搭載することが考えられる。しかし、受動部品を内蔵したＩＣチップは大きいため、部品実装空間に限りのある同軸型の光モジュールには適さない。
【０００７】
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、ＩＣチップを内蔵した場合であっても、当該ＩＣチップが電磁ノイズ源となったり、外部からの影響により誤作動したりするのを抑制した小型の光電変換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】
【０００８】
本発明の光電変換モジュールは、光電変換素子を含む回路素子が実装される素子実装部材にキャップを取り付けて構成される同軸型のパッケージを備えると共に、グラウンドピン及び電源ピンを含むリードピンが、素子実装部材に設けられたものであって、素子実装部材は、誘電体部材を挟んで対向する一対の金属板部材からなり、その一対の金属板部材のいずれか一方にグラウンドピンが電気接続され、他方に電源ピンが電気接続されていることを特徴とする。
【０００９】
また、電源ピンが電気接続されている側の金属板部材の周囲を絶縁体で覆うことが好ましく、さらに回路素子が、集積回路を含んでいることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光電変換モジュールによれば、光モジュールを構成する素子搭載部材をノイズ抑制のキャパシタとして機能させることができる。これにより、ＩＣチップが電磁ノイズ源となることや外部からの影響により誤作動することを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の光モジュールの一例を説明する図であり、キャップについては一部を省略して仮想線で示している。図２及び図３は、本発明による光モジュールの素子実装部材の一例を説明する図である。
本発明の光モジュールは、筐体内に光電変換素子及び集積回路（ＩＣチップ）等の回路素子を搭載するものである。搭載する光電変換素子とＩＣチップの組み合わせとしては、半導体レーザ（ＬＤ：Laser Diode）とＬＤドライバＩＣや、フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）とプリアンプＩＣ等が挙げられる。以下では、本発明の光モジュールについて、ＬＤとＬＤドライバＩＣを搭載した送信用の光モジュールとして構成した例で説明する。
【００１２】
光モジュール１は、図１に示すように、例えば、ＬＤ２やＬＤドライバＩＣ（以下、ＩＣという）３等の素子と、これら素子が実装される素子実装部材（ステムとも言われる）４と、当該部材４を覆うキャップ５と、を備える。素子実装部材４とキャップ５によって同軸型のパッケージが構成されている。光モジュール１は、素子実装部材４上のＬＤ２からＩＣ３の制御によって出射された光信号を、キャップ５に搭載されたレンズ５ａで集光して、外部に設けられる光コネクタ（図示せず）の光ファイバに向けて送出する。
なお、以下の説明では、レンズ５ａを備える側を前方とし、その反対側を後方とする。
【００１３】
光モジュール１は、電気接続のためのリードピンとして、例えば、以下の電源ピン６ａ、グラウンド（ＧＮＤ：Ground）ピン６ｂ、信号ピン６ｃ、モニタピン６ｄを備えており、これらリードピンが素子実装部材４に固定されている。
電源ピン６ａは、素子に電源を供給するもので、パッケージ内へ露出（突出）した一方がＩＣ３に電気接続され、パッケージ外へ露出した他方が外部回路の電源ラインに電気接続される。また、電源ピン６ａは、ろう付け等により、素子実装部材４の後述の金属板部材の一方（以下、第２の金属板部材４２）に、電気接続された状態で固定されている。
【００１４】
ＧＮＤピン６ｂは、パッケージ外へ露出し、ろう付け等により素子実装部材４の後述の金属板部材の他方（以下、第１の金属板部材４１）の下側に、電気接続された状態で固定されている。したがって、素子実装部材４の第１の金属板部材４１とＩＣ３の所定の電極とを電気接続し、ＧＮＤピン６ｂを外部回路のグラウンドラインに電気接続することで、ＩＣ３の上気所定の電極をグラウンド電位とすることができる。
【００１５】
信号ピン６ｃ及びモニタピン６ｄはそれぞれ、パッケージ内外へ露出している。信号ピン６ｃは、ＬＤ２を駆動するための信号をＩＣ３に入力するものであり、モニタピン６ｄは、ＬＤ２からの出力をモニタするモニタＰＤ（図示せず）からの電流を出力するためのものである。信号ピン６ｃ及びモニタピン６ｄは、素子実装部材４に対して電気的に絶縁された状態で固定されている。
【００１６】
また、これらリードピンには、冷間圧延鋼板（ＳＰＣ：Steel Plate Cold）といった鉄系材料や、コバールといった鉄ニッケルコバルト合金系材料を用いることができる。
【００１７】
本発明は、これらリードピン６ａ〜６ｄが設けられＬＤ２やドライバＩＣ３等が実装される素子実装部材４の構造に特徴がある。
光モジュール１の素子実装部材４は、第１の金属板部材４１と第２の金属板部材４２との間に誘電体部材４３を挟み込んだサンドウィッチ構造を有する。
【００１８】
第１の金属板部材４１は、図２（Ａ）に示すように、円板状のベース部４１ａと、素子が実装される台座部４１ｂを有する。また、ベース部４１ａには、第１〜第３の孔４１ｃ〜４１ｅが形成されている。第１〜第３の孔４１ｃ〜４１ｅはそれぞれ、所定のリードピンを電気的に絶縁して固定するための電源ピン用穴４ａ、信号ピン用貫通孔４ｃ及びモニタピン用貫通孔４ｄ（図１参照）を構成するものである。ベース部４１ａには、リードピンのうちＧＮＤピン６ｂのみが電気接続されて固定されている。
【００１９】
第１の金属板部材４１を作製する際は、例えば、リードピンに用いるものと同じ材料のブロック体から切削加工することにより、ベース部４１ａと台座部４１ｂを一体的に得られる。この一体物に、ＧＮＤピン６ｂをろう付けすることにより、図２（Ａ）の状態の第１の金属板部材４１を得られる。
【００２０】
誘電体部材４３は、図２（Ｂ）に示すように、第１の金属板部材４１のベース部４１ａと略同じ大きさの円板状の部材であり、第１〜第４の孔４３ａ〜４３ｄが形成されている。第１〜第４の孔４３ａ〜４３ｄはそれぞれ、リードピンを電気的に絶縁して固定するための穴または貫通孔（電源ピン用穴４ａ、ＧＮＤピン用孔４ｂ、信号ピン用貫通孔４ｃ及びモニタピン用貫通孔４ｄ（図１参照））を構成するものである。
誘電体部材４３の材料としては、光モジュールにおいては、気密保持が重要であるため、熱などでガスを放出しない材料が好ましく、例えば、セラミックや低融点ガラスを用いることができる。
【００２１】
第２の金属板部材４２は、図２（Ｃ）に示すように、第１の金属板部材４１のベース部４１ａと略同じ大きさの円板状の部材であり、第１〜第３の孔４２ａ〜４２ｃが形成されている。第１〜第３の孔４２ａ〜４２ｃはそれぞれ、所定のリードピンを電気的に絶縁して固定するためのＧＮＤピン用穴４ｂ、信号ピン用貫通孔４ｃ及びモニタピン用貫通孔４ｄを構成するものである。第２の金属板部材４２には、リードピンのうち電源ピン６ａのみが電気接続されて固定されている。
第２の金属板部材４１は、例えば、リードピンに用いる材料のブロック体を切削加工することにより作製することができる。作製したものに、電源ピン６ａをろう付けすることにより、図２（Ｃ）の状態の第２の金属板部材４２を得られる。
【００２２】
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）の状態の第１及び第２の金属板部材４１，４２と誘電体部材４３を基に、各種リードピンが固定された素子実装部材４を作製する際は、例えば、まず、以下のようにする。第１の金属板部材４１の第１〜第３の孔４１ｃ〜４１ｅ、第２の金属板部材４２の第１〜第３の孔４２ａ〜４２ｃ、及び誘電体部材４３の第１〜第４の孔４３ａ〜４３ｄがリードピン固定用の穴（貫通孔）４ａ〜４ｄを成すよう、当該部材４１〜４３を位置合わせして接着剤等を用いて張り合わせる。そして、信号ピン用貫通孔４ｃ及びモニタピン用貫通孔４ｄに信号ピン６ｃ及びモニタピン６ｄを挿入し当該孔４ｃ，４ｄを低融点ガラスで封止する。電源ピン６ａやＧＮＤピン６ｂが挿入されている電源ピン用穴４ａ及びＧＮＤピン用穴４ｂについても同様に封止する。これにより、図１に示した素子実装部材４が得られる。
【００２３】
このようにして作製することが可能な素子実装部材４では、図３（Ａ）のように、リードピンのうちＧＮＤピン６ｂのみ電気接続されて固定された第１の金属板部材４１と、リードピンのうち電源ピン６ａのみ電気接続されて固定された第２の金属板部材４２と、が、その間に誘電体部材４３を挟んで対向している。そのため、素子実装部材４は、電源−グラウンド間の受動部品（キャパシタ）として機能することができる。したがって、光モジュール１において、適切にＩＣ３等を実装しＩＣ３に対してワイヤリング等により電気接続を行えば、素子実装部材４は、図３（Ｂ）のように、ＩＣ３に対する電源−グラウンド間において当該ＩＣ３と並列なキャパシタとして機能する。
【００２４】
光モジュール１では、その筐体を構成する素子実装部材４が上述のように電源−グラウンド間のキャパシタとして機能するので、すなわち、光モジュール内にノイズ抑制用のキャパシタを作り込んだので、従来に比べ、よりＩＣ３に近い場所に、上記キャパシタを実装したことになる。そのため、より確実に、電源からのノイズを除去することができ、また、回路のループを小さくし外来ノイズを防止することができる。したがって光モジュール１では、ＩＣ３が大きなノイズ源となることがなく、ＩＣ３が誤作動してしまうことがない。
【００２５】
図１に示すような光モジュールを実際に２種類作製し、その電源ピンとＧＮＤピン間のＳ１１周波数特性（反射特性）がどのようなものであるかを計測した。なお、実施例１と実施例２とで、図３に示す各部品の寸法等は同一であり、誘電体部材４３の構成材料のみが異なる。
【００２６】
作製した実施例１，２の光モジュール１の各部品の寸法は、素子実装部材４の厚みＴ１が１．１ｍｍ、素子実装部材４の直径Ｄ１が５．６ｍｍ、誘電体部材４３の厚みＴ２が０．１ｍｍ、ＧＮＤピン６ｂの長さＬ１が０．９５ｍｍ、ＧＮＤピン６ｂ以外のリードピンの長さＬ２が１．８ｍｍ、各ピンの直径Ｄ２が０．３ｍｍ、各ピンの周りの封止部の直径Ｄ３が０．７５ｍｍである。なお、実施例１，２の光モジュールにおいて、リードピン封止用の低融点ガラスの比誘電率は共に５．６である。また、実施例１の光モジュールの誘電体部材４３の構成材料はセラミック（比誘電率９．８）であり、実施例１の誘電体部材４３の構成材料は、リードピン封止用材料と同じ低融点ガラス（比誘電率５．６）である。
【００２７】
実施例１，２の光モジュール１の電源ピン−ＧＮＤピン間のＳ１１周波数特性に関する計測結果をそれぞれ図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示す。図４には、従来の光モジュールの電源ピン−ＧＮＤピン間のＳ１１周波数特性も示している。なお、従来の光モジュールは、素子実装部材（ステム）が一つの金属板部材から構成されその厚みが１．０ｍｍである点においてのみ、本発明の光モジュールと異なる。
実施例１，２の光モジュール１の電源ピン−ＧＮＤピン間のＳ１１は、実線の曲線Ｃ１，Ｃ２に示すとおり、広い帯域にわたって小さい。上記Ｓ１１は、その値が低いほど共振により放射が起きていることを意味しているので、実施例１，２の光モジュール１は、広い帯域で放射が少ないことが分かる。なお、実施例１，２の光モジュール１からの放射強度は従来の光モジュールに比べて小さいことが、シミュレーション結果から得られている。
【００２８】
また、第１の金属板部材４１と第２の金属板部材４２との間の共振に起因して、実施例１，２の光モジュール１において、その電源ピン−ＧＮＤピン間のＳ１１が従来の光モジュールの電源ピン−ＧＮＤピン間のＳ１１（点線の曲線Ｃ３で示す）に比べて小さくなる周波数帯域が存在する。実施例１，２の光モジュール１のＳ１１周波数特性において、従来の光モジュールのＳ１１に比べて小さくなるＳ１１がピークとして表れている。しかし、実施例１と実施例２とでは、上記共振に関わる第１の金属板部材４１と第２の金属板部材４２との間のキャパシタンスが異なるので、当該ピークの発生する周波数帯域Ｐ１，Ｐ２（１０ＧＨｚと１３ＧＨｚ）が異なっている。
【００２９】
このことから、第１の金属板部材４１と第２の金属板部材４２との間のキャパシタンスに関わる、誘電体部材４３の構成材料を適宜選択すれば、電源ピン−ＧＮＤピン間のＳ１１周波数特性においてピークの発生する周波数帯域と伝送レートやクロック周波数とが一致して放射強度が高くなることを防ぐことができることが分かる。
【００３０】
以上のように、本発明では、光モジュールを構成する素子搭載部材をノイズ抑制のキャパシタとして機能させるように構成したので、放射ノイズの発生を抑制することができる。また、素子搭載部材をキャパシタとして機能させることで、特定の周波数帯域では放射強度が高くなるが、素子搭載部材の誘電体部材を構成する材料を適切に選択し素子搭載部材のキャパシタンスを適切なものにしておくことにより、上記特定の周波数帯域と所望の伝送レート等が一致しないようにすることができ、所望の周波数帯域では、放射強度ノイズを小さくすることができる。
【００３１】
なお、上述の例では、電源ピン−ＧＮＤピン間のＳ１１周波数特性においてピークの発生する周波数帯域と所望の周波数帯域とが一致しないように素子搭載部材のキャパシタンスを適切なものにするための方法として、誘電体部材を構成する材料を変更する方法を用いていた。しかし、キャパシタンス（成分）を上述のように適切にする方法は、これに限られない。素子搭載部材のキャパシタンスＣが、Ｃ＝ε0×εr×Ｓ／Ｄ（εr：誘電体部材の比誘電率、Ｓ：誘電体部材に対する第１（第２）の金属板部材の面積、Ｄ：第１の金属板部材−第２の金属板部材間の距離）からも明らかなとおり、第１の金属板部材−第２の金属板部材間の距離を変更することでも、上述のようにキャパシタンス（成分）を適切にすることができる。
【００３２】
また、素子搭載部材における電源ピンとＧＮＤピンの配置は、信号ピンをはさんで互いに反対側の領域であることが望ましく、さらに、電源ピン及びＧＮＤピンの２つに対して等距離な位置に信号ピンを配置することが好ましい。
なお、光モジュールは、光データリンク等の装置に搭載される場合に、本発明の素子搭載部材に該当する部分（ステム）が、フレームグラウンドと同電位となる装置の金属製筐体などに接触する場合がある。この場合にショートが発生するのを防ぐために、電源電位となる金属板部材を低融点ガラス等の絶縁体で覆うことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による光電変換モジュールの概略を説明する外観図である。
【図２】本発明による光送信モジュールのパッケージの内部の様子を示す図である。
【図３】本発明による光送信モジュールの素子実装部材を説明する図である。
【図４】ステムベースにおけるリードピンの配置例を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…光モジュール、２…レーザダイオード（ＬＤ）、３…ＬＤドライバＩＣ、４…素子実装部材、４１…第１の金属板部材、４１ａ…ベース部、４１ｂ…台座部、４１ｃ〜４１ｅ…孔、４２…第２の金属板部材、４２ａ〜４２ｃ…孔、４３…誘電体部材、４３ａ〜４３ｄ…孔、４ａ…電源ピン用穴、４ｂ…ＧＮＤピン用穴、４ｃ…信号ピン用貫通孔、４ｄ…モニタピン用貫通孔、５…キャップ、５ａ…レンズ、６ａ…電源ピン、６ｂ…ＧＮＤピン、６ｂ…ピン、６ｃ…信号ピン、６ｄ…モニタピン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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