(57)【要約】      （修正有）【課題】光半導体光源素子を駆動する高周波信号の特性を良好にしたTO-CAN型TOSAモジュールを提供する。【解決手段】金属製のステム１０と、前記ステム１０に固定され、前記ステムと電気的に接続または一体化された金属製のノーズ１０ｃと、前記ステム上に載置された冷却素子としてのペルチェ素子と、前記ペルチェ素子上に載置された金属製のキャリア１０５と、光半導体素子が搭載され、該光半導体素子に駆動信号を送るための信号線路と、前記ノーズと電気的に接続された接地パターンが前面に形成された中継線路基板と、前記キャリア基板の前面の接地パターンと前記中継線路基板の前面の接地パターンとをグランド接続する第１のワイヤと、を備えたTO-CAN型TOSAモジュールであって、前記キャリア基板と前記中継線路基板とをグランド接続する第２のワイヤ１０３ｃ−１０３ｅをさらに設ける。【選択図】図３
2011108939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密封止用の誘電体によって信号リード線が固定され接地された金属製のステムと、
前記ステムに固定され、前記ステムと電気的に接続または一体化された金属製のノーズと、
前記ステム上に載置された冷却素子としてのペルチェ素子と、
前記ペルチェ素子上に載置された金属製のキャリアと、
光半導体素子が搭載され、該光半導体素子に駆動信号を送るための信号線路と、前記キャリアと電気的に接続された接地パターンが前面に形成されたサブキャリア基板と、
前記サブキャリア基板上の信号線路および前記信号リード線に接続された信号線路と、前記ノーズと電気的に接続された接地パターンが前面に形成された中継線路基板と、
前記キャリア基板の前面の接地パターンと前記中継線路基板の前面の接地パターンとをグランド接続する第１のワイヤと、を備えたTO-CAN型TOSAモジュールであって、
前記キャリア基板と前記中継線路基板とをグランド接続する第２のワイヤをさらに設けることを特徴とするTO-CAN型TOSAモジュール。
【請求項２】
前記第２のワイヤは、前記キャリアの裏面と前記中継線路基板の裏面のグランドパターンとを接続するように設けられたことを特徴とする請求項１に記載のTO-CAN型TOSAモジュール。
【請求項３】
前記第２のワイヤを、前記キャリアの天面と前記中継線路基板の天面のグランドパターンとを接続するように設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載のTO-CAN型TOSAモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はTO-CAN型TOSAモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のインターネット、ＩＰ電話、動画のダウンロードなどの利用拡大により、必要とされる通信容量が急速に高まっており、光ファイバや光通信機器に搭載される光送受信装置（電気信号と光信号を相互に変換する光電変換器）の需要が拡大している。光送受信装置やそれを構成する部品は、プラガブル（ｐｌｕｇｇａｂｌｅ）といった言葉で表現されるように、搭載や交換といった観点から扱いやすいように、仕様に基づくモジュール化が急速に進展している。ＸＦＰ（１０  Ｇｉｇａｂｉｔ  Ｓｍａｌｌ  Ｆｏｒｍ  Ｆａｃｔｏｒ）などの光送信器モジュールに搭載される光源もモジュール化が進展しており、TOSA（Transmitter Optical Sub-Assembly）と呼ばれ、代表的なモジュール形態として、箱型形状のBOX形モジュールが開発されている。(非特許文献１、２、３、４)。ＸＦＰは、１０ギガビット・イーサネット（１０ＧｂＥ）の着脱モジュールの業界標準規格の一つである。
【０００３】
光送受信モジュールの普及は、オフィスビルや一般家庭などに設置されるＬＡＮ機器等にも広がっており、需要は膨らむ一方である。需要の増加に従って、光モジュールの低コスト化への要求も大きくなっており、そのためにデータ通信、ＬＡＮで使用されるモジュールの仕様を共通化することが検討されている。さらに、一装置あたりに使用される光モジュールの数が増大したことにより、光モジュールの消費電力を下げることや光モジュールから発生する熱を抑制するなどの技術的な要求が高まっている。
【０００４】
これらの要請から、最近では、性能を落とさずに、より低コストで製造可能なＴＯＳＡモジュールとして、ＢＯＸ型（箱型）ＴＯＳＡモジュールに変わり、TO-CAN（Transistor Outlined CAN）形の光モジュールの急速な普及が予想される。波長制御のため温度コントロールが必須な光モジュールや10Gbpsを超えるような高速な光信号送信応用に用いられる光モジュールの低コスト化のためにTO-CAN形の光モジュール開発が盛んに行われてきている。
【０００５】
従来のTO-CAN型TOSAモジュール１００は、図１に示すように、複数の配線端子２ａ、２ｂ、２ｃ、・・・およびステム１０を備えたTO-CAN型TOSAモジュール用パッケージにレーザダイオードなどの光半導体光源素子１１０ａ等を搭載している。レンズまたは光取り出し用窓４と一体になったキャップ５をステム１０に抵抗溶接することにより光デバイスを含む主要部品１をパッケージ内に封止する。さらにステム１０の底面にフレキシブルプリント基板６を備え、該モジュールと他の部品とが電気的に接続される。
【０００６】
図１に示すTO-CAN型TOSAモジュールのパッケージは、CANのような形状をしていることから一般にCAN形の光モジュール用パッケージと呼ばれていて、もともとは電子デバイス用の小型パッケージとして開発されたTO-CAN形のパッケージを光モジュール用に転用したものである。TO-CAN形の光モジュールのパッケージは、プレス加工で作成できる、共通仕様があるなどの理由で、製造コストが抑えられる。一方、箱型ＴＯＳＡモジュールと比較して小型であるために、フレキシブルプリント基板６との電気接続などの実装技術において改善すべき点が多く、実装技術の開発が待たれている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Dongchurl Kim et.al., ‘‘Design and Fabrication of a Transmitter Optical Subassembly in 10-Gb/s Small-Form-Factor Pluggable Transceiver’’, IEEE JORNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS. VOL. 12,No.4, JULY/AUGUST 2006, pp776-782
【非特許文献２】H.Yamamoto et.al., ‘‘Wide Temperature Range Operation of 10.7 Gbit/s Uncooled DFB-LD TOSA with Extremely High Eye-Mask Margin’’, 2006 Electronic Components and Technology Conference, pp1548-1553
【非特許文献３】Norio Okada et.al., ‘‘10.7 Gbit/s Low Power Consumption and Low Jitter EML TOSA Employing Interdigital Capacitor’’, European Conference on Optical Communications 2006 (ECOC 2006), 2006, pp1-2
【非特許文献４】Y. M. Tan et.al., ‘‘Fabrication of Thermoelectric Cooler for Device Integration’’, 2005 Electronics Packaging Technology Conference,pp802-805
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のTO-CAN型TOSAモジュール５０は、図１に示すように、ステム１０上に冷却素子としてのペルチェ冷却素子１０９が載置され、ペルチェ素子１０９上には、Ｌ字型のキャリア１０５が搭載されており、Ｌ字型のキャリア１０５の側面には、レーザダイオード（ＬＤ）やＬＤと電界吸収型半導体光変調器を集積した変調器集積型レーザなどの光半導体光源素子１１０ａを搭載したサブキャリア基板１０８が載置されている。また、ステム１０上には、サブキャリア基板１０８と並んで中継線路基板１０１が立設されている。中継線路基板１０１には信号リード線２ａと光半導体光源素子１１０ａとを接続するための信号線路１０２ａと、接地されたグランドパターン１０２Ｇとが形成されている。サブキャリア基板１０８上の線路１０２ｂと中継線路基板１０１上の信号線路１０２ａとはボンディングワイヤ１０４で接続されており、光半導体光源素子１１０ａを駆動する高周波信号をサブキャリア基板１０８上の高周波信号線路１０２ｂを介して光半導体光源素子１１０ａに給電している。この信号線路１０２ａ、１０２ｂを接続するボンディングワイヤ１０４の両脇には、中継線路基板１０１とサブキャリア基板１０８とをグランド接続するワイヤ１０３ａ、１０３ｂが設けられており、サブキャリア基板１０８上の高周波信号線路に伝送する高周波信号のグランドを安定させている。
【０００９】
しかしながら、信号線路１０２ａ、１０２ｂの両脇にグランド配線（ボンディングワイヤ）１０３ａ、１０３ｂするだけの構成ではグランド接地が十分にとれておらず、周波数が毎秒１０ギガヘルツ程度になると、グランド接地が従来のままでは、安定に高周波信号を光半導体光源素子まで送ることができないという問題が明らかになってきた。
【００１０】
この問題を解決するために信号線路１０２ａ、１０２ｂの両脇のグランド配線の本数を増やすことも考えられるが、信号線路近傍に浮遊容量が発生してしまう、多数のグランド配線を行うためのスペースがない、などの問題があった。
【００１１】
また、グランド接地されたステム１０は、ペルチェ素子１０９によってＬ字キャリア１０５とは電気的に絶縁されており、ペルチェ素子１０９は、電気的にはキャパシタのように振る舞う。両者をペルチェ素子１０９の直近で、ボンディングワイヤ１０３ａ、１０３ｂ、により電気的に接続すれば、グランド強化上効果が大きい。しかしながら、グランド強化するために、電気的に絶縁されたステム１０とＬ字キャリア１０５をボンディングワイヤで電気的に接続すると、ボンディングワイヤを介して、温度の高いステム１０から温度の低いＬ字キャリア１０５へ熱の逆流が起こることとなる。これは、ペルチェ素子１０９は、その上面（Ｌ字キャリア１０５側）から下面（ステム１０側）に向かって熱を運び、Ｌ字キャリア１０５上の温度を一定に保つため、ペルチェ素子１０９によって放出した熱を再びキャリア１０５に流入させてしまうことを意味している。ボンディングワイヤは金からできているためこの熱流入の問題は避けて通れない。
【００１２】
本発明の課題は、熱流入の問題を回避しつつＬＤなどの光半導体光源素子１１０ａを駆動する信号配線を有するサブキャリア基板１０８およびこのサブキャリア基板１０８を搭載するＬ字型キャリア１０５をグランド強化することにより、光半導体光源素子１１０ａを駆動する高周波信号の特性を良好にしたTO-CAN型TOSAモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するため、すなわち、高周波信号の伝送特性を改善するためには、サブキャリア基板１０８のグランド電位を安定させることと、熱の流入による影響を抑制することを両立しながら、ペルチェ素子１０９によって電気的にフローティング状態になっているＬ字型キャリア１０５のグランド電位の安定強化を図らなければならない。
【００１４】
そのために、本発明の請求項１に記載された発明は、気密封止用の誘電体によって信号リード線が固定され接地された金属製のステムと、前記ステムに固定され、前記ステムと電気的に接続または一体化された金属製のノーズと、前記ステム上に載置された冷却素子としてのペルチェ素子と、前記ペルチェ素子上に載置された金属製のキャリアと、光半導体素子が搭載され、該光半導体素子に駆動信号を送るための信号線路と、前記キャリアと電気的に接続された接地パターンが前面に形成されたサブキャリア基板と、前記サブキャリア基板上の信号線路および前記信号リード線に接続された信号線路と、前記ノーズと電気的に接続された接地パターンが前面に形成された中継線路基板と、前記キャリア基板の前面の接地パターンと前記中継線路基板の前面の接地パターンとをグランド接続する第１のワイヤ、を備えたTO-CAN型TOSAモジュールであって、前記キャリア基板と前記中継線路基板とをグランド接続する第２のワイヤをさらに設けることを特徴とするTO-CAN型TOSAモジュールである。
【００１５】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載のTO-CAN型TOSAモジュールにおいて、前記第２のワイヤは、前記キャリアの裏面と前記ノーズの裏面とを接続するように設けられたことを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載のTO-CAN型TOSAモジュールにおいて、前記第２のワイヤを、前記キャリアの天面と前記ノーズの天面のグランドパターンとを接続するように設けられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のTO-CAN型TOSAモジュールによれば、熱流入の問題を回避しつつＬＤなどの光半導体光源素子を駆動する信号配線を有するキャリアをグランド強化することにより、ＬＤを駆動する高周波信号の特性を良好にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来のTO-CAN型TOSAモジュールを示す図である。
【図２】本発明のTO-CAN型TOSAモジュールの一例を示す図である。
【図３】ボンディングワイヤを設ける位置を説明するための図である。
【図４】ボンディングワイヤを設ける位置を説明するための図である。
【図５】従来のTO-CAN型TOSAモジュールにおいて発生する損失の周波数特性を示す図である。
【図６】本発明のTO-CAN型TOSAモジュールにおいて発生する損失の周波数特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図２は本発明のTO-CAN型TOSAモジュールの一例を示す図である。TO-CAN型TOSAモジュール１００は、気密封止用の誘電体１１（図1参照）、１３ａ、１３ｂ（図２参照）と、高周波電気信号やＤＣ電流を通すための複数の配線端子（信号リード線）２ａ、２ｂ・・・とを備えたステム１０上に光半導体光源素子１１０ａ等を搭載して構成されている。図示の例では、配線端子２ａに高周波電気信号を通している。また、ステム１０の底面にはフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）６が設けられている。ただし、１３ｂで十分な気密封止が確保できる場合、誘電体１３aについては気密封止を目的としない材料を選択することも可能である。
【００２０】
ステム１０に用いられる材料は、発熱源である光半導体光源素子１１０ａから発生する熱を放熱する効率を高めるという観点では、熱伝導率が高い材料であることが求められる。ただし、ステム１０を構成する材料として金属系の熱伝導率が高いものを用いると、一般に熱膨張係数も高いものとなる。一方、温度変化によって、高周波電気信号を通すための配線端子２ａの周囲に設けられる気密封止用のガラス材料とステムとの間でひずみが生じないように、ステム１０と同程度の高い熱膨張係数を有するガラス材料を用いることが求められる。ここで、ステム１０の熱伝導率を優先して高い熱膨張係数を持つガラス材料を用いる場合、一般にガラス材料の比誘電率も大きなものになる事に注意する必要がある。配線端子２ａのうち、ステム１０を通過する部分は、中心導体が封止用の円形ガラスで囲まれた同軸ケーブルみなせるが、同軸ケーブルには、その特性インピーダンスが標準値の５０Ωであることが求められる。５０Ωのインピーダンスを比誘電率の高いガラスで実現するには、ガラスの直径が１ｍｍを大幅に超える大きさになる。ステムに埋め込まれたガラスの上に素子を置くことは信頼性上不可能であり、ステム内でガラスが大きな面積を占有するような構造は許容できない。
【００２１】
これらの観点から、ステム１０を２層構成とし、ステムの上層１０ａ（発熱源である光半導体光源素子１１０ａ等がペルチェ素子１０９等を介して間接的に搭載される）を熱伝導率が高い材料で構成し、ステムの下層１０ｂを比誘電率と熱膨張係数が小さいガラス材料にマッチする材料で構成している。例えば、ステム上層１０ａを熱伝導率が高いＳＰＣ（軟鋼、冷間圧延鋼）で構成し、ステム下層１０ｂを熱膨張係数が小さいＦｅ（鉄）−Ｎｉ（ニッケル）−Ｃｏ（コバルト）合金（Ｋｏｖａｒ、コバール）で構成することができる。
【００２２】
ステム上層１０ａは、配線端子２ａの周囲が中空（空気は比誘電率がほぼ最小の１）にされている。一方でステム下層１０ｂは、配線端子２ａの周囲の誘電体１３ｂとして比誘電率と熱膨張係数が小さいガラス材料が同軸状に配置されることによりステム１０を気密封止している。図２には、ステム１０内を貫通して設けられる配線端子２ａの周囲の誘電体１３ａ、１３ｂの配置関係が破線を用いて示されている。ステム上層１０ａの誘電体１３ａとして用いられる空気の誘電率は、ステム下層１０ｂの誘電体１３ｂとして用いられるガラス材料の誘電率よりも低い。従って、ステム上層１０ａの誘電体１３ａの部分、すなわち中空の部分の径は、ステム下層１０ｂの誘電体１３ｂの部分、すなわちガラス材料が設けられた部分の径よりも小さく構成できる。ステム上層１０ａにおいて、高周波電気信号を通す配線端子２ａの周囲を中空、すなわち誘電体として低誘電率の空気を用いると、配線端子２ａの周囲の断面積を小さく構成しても特性インピーダンスを５０Ωに整合させることができる、すなわちインピーダンスマッチングが取れるため、小型化に貢献できるという点でも好ましい。また、配線端子２ａの周囲の断面積を小さく構成できること以外にも、ステム１０上に搭載する素子の面積を広く確保できるという利点や配線端子周辺を気密封止したステムにレンズキャップを抵抗溶接する際の応力負荷を低減し、ガラス材料にクラックが入るなどのリスクを低減することができる。尚、本実施例では、高周波配線端子の特性インピーダンスが50Ωとなるように構成した例を示したが、チップや外部駆動回路の構成によって特性インピーダンスが50Ω以外の値となるように設計してもよい。
【００２３】
ステム１０には上面に突出したノーズ１０ｃがステム１０aのプレス加工時に一体形成されている。ノーズ１０ｃはステム上層１０ａと同じＳＰＣ等の金属製の材料で構成することができる。ステム１０は底面に設けられたグランドピン（図示せず）によって接地されることでグランド電位に保たれている。ノーズ１０ｃも、このステム１０と一体成形されることによってグランド電位に保たれている。ノーズ１０ｃの前面（図示手前側の面）には中継線路基板１０１が半田によって固定されている。中継線路基板１０１は、ＡｌＮ（窒化アルミ）、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ）等のセラミック材料で構成することができる。ノーズ１０ｃ前面に固定された中継線路基板１０１の前面には、高周波変調信号（光半導体光源素子の駆動信号）用の信号リード線２ａと接続される中継線路（信号線路）１０２ａと、この中継線路１０２ａの両側に配置される誘電体（誘電体が露出されている部分）８０と、誘電体８０を挟んで中継線路１０２ａの両側に形成されたグランドパターン１０２Ｇとが設けられている。中継線路基板１０１前面に設けられたグランドパターン１０２Ｇは、スルーホールｈ１、ｈ２、ｈ３・・・を介して中継線路基板１０１の裏側に配されるノーズ１０ｃとグランド接続されている。さらに中継線路基板１０１のグランドパターン１０２Ｇは、ステム１０に近接する領域においてステム１０に半田Ｓ１、Ｓ２によって接続されてステム１０と同電位にされることで安定なマイクロ波の伝搬ができるようにグランド強化されている。
【００２４】
中継線路基板１０１上の中継線路１０２ａは、ボンディングワイヤ１０４を介してサブキャリア基板１０８上の中継線路（信号線路）１０２ｂと接続されている。サブキャリア基板１０８は、ＡｌＮ（窒化アルミ）、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ）等のセラミック材料で構成することができる。この中継線路１０２ｂの両側には誘電体（誘電体が露出されている部分）８１が配置され、誘電体８１の周囲には、グランドパターン１２０Ｇが構成されている。サブキャリア基板１０８上の中継線路１０２ｂを伝搬するマイクロ波の安定化のために、中継線路基板１０１のグランドパターン１０２Ｇとサブキャリア基板１０８のグランドパターン１２０Ｇとが、ボンディングワイヤ１０３ａ、１０３ｂ（以下、第１のワイヤともいう）によって接続されている。
【００２５】
本発明のTO-CAN型TOSAモジュール１００は、後述するように、中継線路基板１０１のグランドパターン１０２Ｇとサブキャリア基板１０８のグランドパターン１２０Ｇとを接続するボンディングワイヤ１０３ａ、１０３ｂ（第１のワイヤ）に加えて、ノーズ１０ｃとキャリア１０５とを接続するボンディングワイヤ１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆ等（以下、第２のワイヤともいう）を設けたことに特徴がある。この第２のワイヤを設けることにより、Ｃｕ−Ｗ（銅−タングステン金属化合物）等の金属すなわち導体で構成されたキャリア１０５のグランドを強化するとともに間接的にサブキャリア基板１０８のグランドをも強化することができる。第２のワイヤとしては、図示のような線形状のワイヤ以外にも、リボン状のワイヤを用いてもよい。また、第１のワイヤおよび第２のワイヤはそれぞれ、Ａｕ（金）等の良導体材料で構成できる。なお、図２の例では、第２のワイヤをノーズ１０ｃおよびキャリア１０５の背面および天面の両方に設ける場合を例に挙げて説明しているがこれに限定されない。図３および図４を用いて後述するように、背面または天面のいずれか一方に設けてもよい。
【００２６】
ステム１０上には、冷却素子としてのペルチェ素子１０９が搭載されており、ペルチェ素子１０９上には、各種部品を搭載するためのキャリア１０５が載置されている。このため従来TO-CAN型TOSAモジュール５０（図１参照）では、キャリア１０５は、ペルチェ素子１０９上に載置されることによってグランド接地されたステム１０から絶縁され、電気的にフローティング状態にあった。しかし、本発明のTO-CAN型TOSAモジュール１００においては、グランド接地されたステム１０と一体に形成されたノーズ１０ｃと接続する第２のワイヤが設けられているので、キャリア１０５がグランド強化されている。
【００２７】
また、キャリア１０５には、上部に光半導体光源素子１１０ａからの光をコリメート光にするためのレンズ１０６が搭載され、その下側にサブキャリア基板１０８を搭載している。サブキャリア基板１０８には、光半導体光源素子として、レーザダイオードと光変調器部とをモノリシック集積したチップ１１０ａが搭載され、他に光変調器部を駆動制御するための中継線路１０２ｂ、終端抵抗１１０ｂ、コンデンサ１１０ｃ、温度センサとしてのサーミスタ１１０ｄなどが搭載されている。レーザダイオードからの光が光変調器部を通過する際に、中継線路１０２ｂから変調器部に印加される電気信号に応じた変調信号が光信号に付与（重畳）される。終端抵抗１１０ｂ、コンデンサ１１０ｃなどは、中継線路１０２ｂから光変調器部に効率よく高周波電気信号を引き込むようにその抵抗値や容量、配置が設計されている。キャリア１０５には、さらに、レーザ出力を監視するフォトダイオード（ＰＤ）１１０ｅ、コンデンサ１１０ｆなどが搭載され、外部から光デバイスの動作状態をモニタしたり、電源回路の揺らぎ等の影響が光デバイスに及ばないようにしたり出来るように設計されている。なお、ここでは光半導体光源素子１１０ａの構成を外部変調型とした場合について説明したが、レーザダイオードそのものを変調する直接変調型で構成してもよい。
【００２８】
また、ステム１０の光半導体光源素子１１０ａ等を搭載する面側の上方空間は、レンズ４が設けられたキャップ５によって封止されている。光ファイバや光ファイバを差し込むレセプタクル部に設けられた光導波路に光デバイスの出力を結合させるため、レンズ１０６でコリメートされた光出力をレンズ４によって集光できるよう設計されている。
【００２９】
本発明のTO-CAN型TOSAモジュール１００において設けられる第２のワイヤについて、図２から図４を用いてさらに説明する。図３は、第２のワイヤ１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅがノーズ１０ｃおよびキャリア１０５の背面に設けられたTO-CAN型TOSAモジュールを示し、図４は、第２のワイヤ１０３ｆ、１０３ｇがノーズ１０ｃおよびキャリア１０５の天面に設けられたTO-CAN型TOSAモジュールを示している。
【００３０】
本発明のTO-CAN型TOSAモジュール１００は、第１のワイヤに加えて、ノーズ１０ｃとキャリア１０５とを接続する第２のワイヤ１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ（図3）、１０３ｆ、１０３ｇ（図4）を設けたことに特徴がある。この第２のワイヤ１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆ、１０３ｇを設けることにより、第１には、キャリア１０５のグランドを強化することができる。これは、グランド接地されたステムと一体に形成されたノーズ１０ｃと同電位に接続されるためである。キャリア１０５自体のグランドを強化することは、サブキャリア基板１０８に形成された中継線路１０２ｂに伝搬するマイクロ波を安定化させるためにも重要なことである。従来のTO-CAN型TOSAモジュールでは、キャリア１０５は、ペルチェ素子１０９上に載置され、グランド接地されたステム１０と電気的に絶縁されている。このため、ペルチェ素子１０９がキャパシタとして振る舞い、キャリア１０５が電気的にフローティング状態となり、高周波信号が安定しない問題があった。
【００３１】
また、第２のワイヤを設けることにより、第２には、サブキャリア基板１０８のグランドを強化することができる。サブキャリア基板１０８には、高周波信号の中継線路１０２ｂが形成されているので、サブキャリア基板１０８自体のグランドを強化することも当然重要である。キャリア１０５はＣｕ−Ｗ等の導体で構成されており、サブキャリア基板１０８は表層面に中継線路１０２ｂが形成された表面から裏面にわたる金属膜が施されたＡｌＮ（窒化アルミ）、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ）等のセラミック材料で構成されている。サブキャリア基板１０８はキャリア１０５に半田付けによって固定されているので、第２のワイヤを設けてキャリア１０５のグランドを強化すれば、サブキャリア基板１０８のグランドが強化されることとなる。サブキャリア基板１０８のグランドが強化されると、中継線路１０２ｂを伝搬するマイクロ波がより安定化することとなる。
【００３２】
また、第２のワイヤは、ペルチェ素子１０９から熱が放熱されるステム１０に直接接続されない構成であるので、ペルチェ素子１０９から放出された熱が再びキャリア１０５やサブキャリア基板１０８に流入することを妨げられる。
【００３３】
したがって、本発明では、第２のワイヤを設けることにより、熱流入の問題を回避しつつ、第１にキャリア１０５のグランドを強化し、第２にサブキャリア基板１０８のグランドを強化することによって、サブキャリア基板上の中継線路１０２ｂを伝搬するマイクロ波がより安定化するようにしている。
【００３４】
また、ボンディングワイヤを設ける位置は、ノーズ１０ｃの裏面とキャリア１０５の裏面とを接続するようにボンディングワイヤ１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅを設けて（図３参照）もよく、ノーズ１０ｃの天面とキャリア１０５の天面とを接続するようにボンディングワイヤ１０３ｆ、１０３ｇを設けて（図４参照）もよく、両方を設けるようにしてもよい。なお、第２のワイヤを設ける本数は、図２乃至４に示すよう背面に３本、天面に２本とすることに限定されない。
【００３５】
上記ではステムと一体成型したノーズの構成とすることでノーズ上の中継線路基板のグランド電位を安定させることを例として説明したが、ステムとノーズを別々に作製し、半田等でステムとノーズを張り合わせた構成としても良い。
【００３６】
また、中継線路基板構造について、信号線路の両側および基板下面にグランド面を設けたグランデッドコープレーナー構造としたがマイクロストリップ構造等の他の構造としても良い。
【００３７】
因みに、キャリア１０５をステム１０にボンディングワイヤで直接的に接続してもグランド強化されるが、ペルチェ素子１０９によって放熱された熱を再びサブキャリア基板に流入させてしまうので現実的ではない。また、中継線路基板１０１のグランドパターン１０２Ｇとサブキャリア基板１０８のグランドパターン１２０Ｇとを接続するボンディングワイヤ１０３ａ、１０３ｂの本数を増やす方法も、高周波線路近傍に浮遊容量を生じてしまうこととなるので現実的ではない。
【００３８】
図５は、従来のTO-CAN型TOSAモジュールにおけるＳパラメータの周波数特性を示す図である。Ｓパラメータとは、伝送線路上の任意の2点（ポートという）間に高周波電気信号を給電した時に、ポート１からポート２へどの程度電気エネルギーが到達するか（途中で反射されるか）によって伝送線路の特性を評価する指標である。
【００３９】
実線は挿入損失（Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ  Ｌｏｓｓ）、またはＳ２１と呼ばれ、ポート１からポート２へとエネルギーが到達する割合をｄＢ（デシベル）表示したものである。Ｓ２１が０ｄＢとはポート１からポート２へ１００％エネルギーが伝送されることを意味する。一方点線は、Ｒｅｒｕｒｎ  Ｌｏｓｓ、またはＳ１１と呼ばれ、給電元へエネルギーが反射される割合をｄＢ表示したものである。Ｓ１１が０ｄＢとは、ポート１で給電したエネルギーがポート２へ全く伝送されないことを示す。図５では、ポート１はフレキシブル基板の端子Ｐ１（図３、４参照）であり、ポート２は終端抵抗１１０ｂ(Ｐ２、図２参照)である。
【００４０】
Ｓパラメータで伝送線路特性を見た場合、Ｓ２１は０ｄＢに近く、ディップ上の形状がないこと、Ｓ１１は−１０ｄＢをできるだけ上回らないことが求められる。
従来のTO-CAN型TOSAモジュール５０では、図５に示すように、Ｓ２１は、５．８ＧＨｚと１３ＧＨｚ、２０ＧＨｚに大きなディップを持つ。つまり、これらの周波数では、電気エネルギーの伝達が著しく劣化する。一般に電気信号の波形は多くの周波数成分をもつため、ディップのような周波数依存性が存在すると、電気波形が著しく劣化する。Ｓ２１のディップに対応して、Ｓ１１は５．８ＧＨｚと２０ＧＨｚ近傍で−１０ｄＢを大きく上回っており、電気反射が大きいことを意味している。電気反射は、ポート１からポート２へ向かって進行する信号波形と干渉して電気波形を劣化させることになる。これらの著しい損失や反射は、中継線路基板１０１からキャリア１０５上のサブキャリア基板１０８へとワイヤ１０４を介して形成される伝送線路１０２ａ、１０２ｂにおいて、電気信号が伝搬する信号線路１０２ａ、１０２ｂに対して、グランドが十分に強化されていないためにおこるものである。高周波電気信号は、基準となるグランド電位が安定に定義されてはじめて損失や反射を生じることなく、そのエネルギーが伝搬される。
【００４１】
図６は、本発明のTO-CAN型TOSAモジュールにおいて発生する損失の周波数特性を示す図である。図６（ａ）は図３に示すようにボンディングワイヤ１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅをノーズ１０ｃとキャリア１０５の背面に設けた場合、図６（ｂ）は図４に示すようにボンディングワイヤ１０３ｆ、１０３ｇをノーズ１０ｃとキャリア１０５の天面に設けた場合をそれぞれ示している。図５、６において、実線がＳ２１パラメータの特性を示し、点線がＳ１１パラメータの特性を示している。
【００４２】
また、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、ノーズ１０ｃとキャリア１０５の背面や天面にボンディングワイヤを設けた場合は、Ｓ２１の周波数特性は劇的に改善され、なめらかになっており、ディップの深さも大幅浅くなっている。また、Ｓ１１は１７〜１８ＧＨｚ程度まで、−１０ｄＢ以下に保たれており、電気反射の少ない線路構造実現されているのがわかる。
【００４３】
天面にワイヤを設けた場合は、ステム１０のペルチェ素子１０９載置部分よりも十分離れた位置にボンディングワイヤを設けることになるので、より熱流入量を抑制することができる。よって、より熱流入量を抑制するという観点からは、ノーズ１０ｃとキャリア１０５の天面にボンディングワイヤを設けることが好ましい。
【００４４】
このように、本発明のTO-CAN型TOSAモジュールによれば、熱流入の問題を回避しつつＬＤなどの光半導体光源素子を駆動する信号配線を有するキャリアをグランド強化することにより、ＬＤなど光半導体光源素子を駆動する高周波信号の特性を良好にできる。
【符号の説明】
【００４５】
１          光デバイスを含む主要部品
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ  配線端子（リードピン）
４          レンズ
５          キャップ
６          フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）
１０        ステム
１０ａ      ステムの上層
１０ｂ      ステムの下層
１０ｃ      ノーズ
１１、１３ａ、１３ｂ  気密封止用の誘電体
５０        （従来の）TO-CAN型TOSAモジュール
８０、８１  誘電体
１００      （本発明の）TO-CAN型TOSAモジュール
１０１    中継線路基板
１０２ａ、１０２ｂ  中継線路
１０２Ｇ、１２０Ｇ  グランドパターン
１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆ、１０３ｇ  ボンディングワイヤ
１０４      ボンディングワイヤ
１０５      キャリア
１０６      レンズ
１０８      サブキャリア基板
１０９      ペルチェ素子
１１０ａ    光半導体光源素子（ＬＤ）
１１０ｂ    終端抵抗
１１０ｃ    コンデンサ
１１０ｄ    サーミスタ
１１０ｅ    フォトダイオード（ＰＤ）
１１０ｆ    コンデンサ
Ｓ１、Ｓ２  半田
ｈ１、ｈ２、ｈ３・・・  スルーホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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