(57)【要約】【課題】高周波光電変換素子の高周波特性を向上させることができる高周波光電変換装置を提供する。【解決手段】高周波光電変換装置１は、開口２が設けられたステム部３、及び高周波同軸コネクタ部４を有するフレーム５を備えている。開口２は、電気絶縁部材６で塞がれている。ステム部３には、電気絶縁部材６の一端面６ａを覆うようにキャップ７が固定されている。そして、高周波光電変換装置１は、キャップ７内に一端８ａが固定され、且つ高周波同軸コネクタ部４内に他端８ｂが配置されるように電気絶縁部材６を貫通するリードピン８と、電気絶縁部材６の一端面６ａに固定され、ステム部３と電気的に接続される接地電極１３と、リードピン８と電気的に接続される信号電極１４を有する高周波光電変換素子９とを備えている。【選択図】図１
2008098193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口が設けられたステム部、及び高周波同軸コネクタ部を有するベースと、
前記開口を塞ぐ電気絶縁部材と、
前記電気絶縁部材の一端面を覆うように前記ステム部に固定されたキャップと、
前記キャップ内に一端が配置され、且つ前記高周波同軸コネクタ部内に他端が配置されるように前記電気絶縁部材を貫通するリードピンと、
前記電気絶縁部材の一端面に固定され、前記ステム部と電気的に接続された第１の電極、及び前記リードピンと電気的に接続された第２の電極を有する高周波光電変換素子と、を備えることを特徴とする高周波光電変換装置。
【請求項２】
前記ステム部と前記高周波同軸コネクタ部とは別体であることを特徴とする請求項１に記載の高周波光電変換装置。
【請求項３】
前記ステム部は、前記高周波光電変換素子に向かって延在する延在部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波光電変換装置。
【請求項４】
前記高周波光電変換素子は横型構造であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の高周波光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波光電変換素子を備える高周波光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の高周波光電変換装置として、高周波光電変換素子が金属製のステムに固定されており、高周波光電変換素子の信号電極が、ステムを貫通するリードピンと電気的に接続されたものがある（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】実開昭５６−１６４５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述したような高周波光電変換装置には、高周波光電変換素子の信号電極と金属製のステムとの間に浮遊容量が生じるため、反射波（リンギング）によってノイズが発生すると共にＣＲ時定数が増大し、高周波光電変換素子の高周波特性が著しく劣化するという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、高周波光電変換素子の高周波特性を向上させることができる高周波光電変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る高周波光電変換装置では、開口が設けられたステム部、及び高周波同軸コネクタ部を有するベースと、開口を塞ぐ電気絶縁部材と、電気絶縁部材の一端面を覆うようにステム部に固定されたキャップと、キャップ内に一端が配置され、且つ高周波同軸コネクタ部内に他端が配置されるように電気絶縁部材を貫通するリードピンと、電気絶縁部材の一端面に固定され、ステム部と電気的に接続された第１の電極、及びリードピンと電気的に接続された第２の電極を有する高周波光電変換素子と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
この高周波光電変換装置においては、高周波光電変換素子が、ステム部の開口を塞ぐ電気絶縁部材の一端面に固定されており、高周波光電変換素子の第２の電極が、電気絶縁部材を貫通するリードピンと電気的に接続されている。このため、高周波光電変換素子の第２の電極とステム部との間に浮遊容量が生じるのを抑制し、リンギングによるノイズの発生及びＣＲ時定数の増大を抑制することができる。従って、高周波変換素子の高周波特性を向上させることが可能となる。
【０００７】
なお、ステム部と高周波同軸コネクタ部とは別体であっても良い。これにより、ステム部及び高周波同軸コネクタ部のそれぞれの設計の自由度が向上するため、様々な高周波光電変換素子の形状や用途に柔軟に対応することが可能となる。
【０００８】
また、ステム部は、高周波光電変換素子に向かって延在する延在部を有することが好適である。第１の電極とステム部との電気的な接続にワイヤを用いるに際し、第１の電極と延在部とにワイヤを掛け渡すこととで、ワイヤの長さを短くすることができ、高周波光電変換装置の高周波特性、および信頼性を向上させることが可能となる。更に、延材部の面積を最小限に抑えることで、電気絶縁部材が塞ぐステム部の開口を大きくとることができるため、第２の電極とステム部との間に浮遊容量が生じるのをより一層抑制することが可能となる。
【０００９】
また、高周波光電変換素子は横型構造であることが好適である。横型構造とは、高周波光電変換素子において、電気絶縁部材に固定される固定面と対向する面（以下「電極面」という）に、全ての電極が配置されている構造をいう。なお、この横型構造は、一平面上に電極が配置されているものに限定されるものではなく、例えば、電極面が立体的に積層されており、各積層面に電極が配置されている構造も含まれる。この高周波光電変換装置によれば、固定面に高周波光電変換素子の電極が存在しないため、電気絶縁部材に対して高周波光電変換素子を強固に固定することができる。更に、高周波光電変換素子の電極面に電極が配置されているため、高周波光電変換素子を電気絶縁部材に固定した後に、第１の電極とステム部との電気的な接続及び第２の電極とリードピンとの電気的な接続を容易に達成することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高周波光電変換素子の高周波特性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明に係る高周波光電変換装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、全図中、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。
【００１２】
図１及び図２に示すように、高周波光電変換装置１は、開口２が設けられたステム部３、及び高周波同軸コネクタ部４を有するフレーム（ベース）５を備えている。ステム部３の開口２は、ガラス製の電気絶縁部材６で塞がれている。ステム部３には、電気絶縁部材６の一端面６ａを覆うようにキャップ７が固定されている。そして、キャップ７内にリードピン８の一端８ａが配置され、且つ高周波同軸コネクタ部４内に他端８ｂが配置されるように、リードピン８が電気絶縁部材６を貫通している。電気絶縁部材６の一端面６ａには、高周波光電変換素子９が固定されている。
【００１３】
高周波同軸コネクタ部４は、コバール等の導電性の金属で円筒状に形成されており、同軸コネクタ（不図示）と接続されて接地電位となる。高周波同軸コネクタ部４は、その一端（図１における上側）においてステム部３と接続され、高周波同軸コネクタ部４とステム部３とは、一体となっている。高周波同軸コネクタ部４の内周面には、雄ネジが形成された同軸ケーブルや、高周波モジュールやオシロスコープなどの入力端子として設けられている同軸コネクタと螺合するように、雌ネジ（不図示）が形成されている。例えば、世界標準規格であるSMAやKコネクタ形状に嵌合するように、雌ネジを加工することができる。
【００１４】
ステム部３は、コバール等の導電性の金属で円板状に形成されている。ステム部３は、高周波同軸コネクタ部４の径方向内側及び外側に突出するフランジ部１０と、フランジ部１０の一部から高周波光電変換素子９に向かって径方向内側に延在する延在部１１とを有している。フランジ部１０の外径は、高周波同軸コネクタ４の外径よりも大きく形成されており、フランジ部１０の内径は、高周波同軸コネクタ４の内径よりも僅かに小さく形成されている。そのため、フランジ部１０の径方向中心部に開口２が設けられることになる。延在部１１は、細い板状に形成されて、高周波光電変換素子９の近傍まで延在している。
【００１５】
電気絶縁部材６は、コバール金属との接合性に優れたコバールガラス等からなり、高周波同軸コネクタ部４内の一端側の空間に充填されて、ステム部３の開口２を塞いでいる。電気絶縁部材６の一端面６ａは、ステム部３の一端面とほぼ面一となっている。なお、電気絶縁部材６の充填量は、ステム部３の開口２を塞ぐと共に、リードピン８を固定するために十分な量であれば良い。
【００１６】
キャップ７は、電気絶縁部材６の一端面６ａを覆うように、ステム部３のフランジ部１０に固定されている。キャップ７の中央部には、ガラス製の光透過部材１２が嵌め込まれている。これにより、光透過部材１２を光が透過し、キャップ７内の高周波光電変換素子９に光が照射される。なお、キャップ７、ステム部３及び電気絶縁部材６により、キャップ７内は気密構造となっている。
【００１７】
リードピン８は、コバール等の導電性の金属で形成され、高周波同軸コネクタ部４に接続される同軸ケーブル（不図示）に高周波光電変換素子９の信号を伝達する。リードピン８の一端８ａは、高周波同軸コネクタ部４の径方向中心から外側に偏心した位置に配置されている。リードピン８の他端８ｂは、高周波同軸コネクタ部４内であって、高周波同軸コネクタ部４の径方向中心に配置されている。つまり、リードピン８は、一端から他端にかけて、折れ曲がるように形成されて、電気絶縁部材６に固定されている。
【００１８】
高周波光電変換素子９は、キャップ７の光透過部材１２から入射した光を受光して、電気信号に変換する、もしくはリードピン８から伝達された電気信号を光に変換して、キャップ７の光透過部材１２から放射する、横型構造のチップである。すなわち、高周波光電変換素子９において、電気絶縁部材６の一端面６ａに固定される固定面と対向する電極面に、接地電極（第１の電極）１３と、信号電極（第２の電極）１４とが形成されている。高周波光電変換素子９は、開口２を塞いでいる電気絶縁部材６の一端面６ａにおいて、ステム部３の径方向中心に載置固定されている。
【００１９】
高周波光電変換素子９の電極面に設けられている接地電極１３は、ステム部３の延在部１１とワイヤ１５によって電気的に接続されており、信号電極１４は、リードピン８の一端８ａとワイヤ１６によって電気的に接続されている。これにより、高周波光電変換素子９は、接地電極１３からワイヤ１５を介してステム部３に接続されることで接地され、光信号から変換された電気信号は、信号電極１４からワイヤ１６を介してリードピン８に伝達され、高周波同軸コネクタ部４に接続される同軸ケーブル（不図示）に伝達される。もしくは高周波同軸コネクタ部４に接続される同軸ケーブル（不図示）からリードピン８に伝達されてきた電気信号は、ワイヤ１６を介して信号電極１４に伝えられ、高周波光電変換素子９で光信号に変換される。
【００２０】
次に、高周波光電変換装置１の製造方法について説明する。まず、ステム部３及び高周波同軸コネクタ部４を、切削加工又は成型加工によって一体に形成する。また、リードピン８を、切削加工又は成型加工によって形成する。その後、フレーム５に対するリードピン８の位置決めを行い、フレーム５に電気絶縁部材６を充填して、フレーム５に対してリードピン８を固定する。電気絶縁部材６は、ステム部３の開口２が塞がれると共に、リードピン８が固定されるまで充填する。なお、ステム部３、高周波同軸コネクタ部４及びリードピン８には、必要に応じてニッケルメッキや金メッキを施す。
【００２１】
続いて、電気絶縁部材６の一端面６ａに高周波光電変換素子９を載置固定した後、接地電極１３とステム部３の延在部１１とをワイヤ１５で電気的に接続し、信号電極１４とリードピン８の一端８ａとをワイヤ１６で電気的に接続する。ワイヤ１５，１６の接続は、ワイヤボンディング等により行うことができる。その後、不活性ガス雰囲気中において、キャップ７をステム部３に溶接等することで、高周波光電変換装置１を完成させる。
【００２２】
以上説明したように、高周波光電変換装置１では、高周波光電変換素子９をステム部３の開口２を塞ぐ電気絶縁部材６の一端面６ａに固定し、高周波光電変換素子９の信号電極１４を電気絶縁部材６に貫通されるリードピン８と電気的に接続し、さらに高周波光電変換素子９の接地電極１３を電気絶縁部材６上に最小面積で形成されたステム３の延材部１１と電気的に接続したため、高周波光電変換素子９の信号電極１４とステム部３との間に浮遊容量が生じるのを抑制し、リンギングによるノイズの発生及びＣＲ時定数の増大を抑制することができる。従って、高周波変換素子の高周波特性を向上させることが可能となる。
【００２３】
ここで、高周波光電変換装置１の効果を実証するために、高周波光電変換装置１のパルス応答波形を計測した。高周波光電変換装置１の比較例として、次に示す高周波光電変換装置２０を用いた。
【００２４】
図３及び図４に示すように、高周波光電変換装置２０は、ステム部２１に延在部が存在せず、リードピン８近傍の周辺のみ開口２２が形成されている点と、ステム部２１に高周波光電変換素子９が載置固定されている点で高周波光電変換装置１と異なるものである。
【００２５】
このような高周波光電変換装置１と高周波光電変換装置２０において、それぞれ高周波光電変換素子９のパルス応答波形を計測した。
【００２６】
図５は、高周波光電変換装置１における高周波光電変換素子９のパルス応答波形を示した図である。図６は、高周波光電変換装置２０における高周波光電変換素子９のパルス応答波形を示した図である。図５及び６から明らかなように、高周波光電変換装置１における高周波光電変換素子９の応答波形は、リンギングノイズが著しく改善された。
【００２７】
この結果から、高周波光電変換装置１では、信号電極１４とステム部３との間に浮遊容量の発生が抑制され、応答波形からリンギングノイズが大きく低減されたものと判断することができる。
【００２８】
また、高周波光電変換装置１では、接地電極１３とステム部３との電気的な接続にワイヤ１５を用いるに際し、接地電極１３と延在部１１とにワイヤ１５を掛け渡すことで、ワイヤ１５の長さを短くすることができ、高周波光電変換装置１の高周波特性、および信頼性を向上させることが可能となる。更に、延材部１１の面積を最小限に抑えることで、電気絶縁部材６が塞ぐステム部３の開口２を大きくとることができるため、信号電極１４とステム部３との間に浮遊容量が生じるのをより一層抑制することが可能となる。
【００２９】
また、高周波光電変換装置１では、高周波光電変換素子９を横型構造とすることで、電気絶縁部材６に固定する面が電極の存在しない固定面となるため、電気絶縁部材６に対して高周波光電変換素子９を強固に固定することができる。更に、高周波光電変換素子９の電極面に電極が配置されているため、高周波光電変換素子９を電気絶縁部材６に固定した後に、接地電極１３とステム部３との電気的な接続、信号電極１４とリードピン８との電気的な接続を、ワイヤボンディング等により容易に達成することができる。
【００３０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、ステム部３と高周波同軸コネクタ部４とを一体として説明したが、必ずしも一体である必要は無く、次に示す高周波光電変換装置３０のように別体であっても良い。
【００３１】
図７及び８に示すように、高周波光電変換装置３０は、ステム部３１が高周波同軸コネクタ部３２と別体になっている点と、ステム部３１の形状が異なる点と、ステム部３１の開口３３を塞ぐ電気絶縁部材３４の充填場所が異なる点で高周波光電変換装置１と異なるものである。
【００３２】
高周波同軸コネクタ部３２部は、加工精度に優れ耐久性のよいSUS、あるいは被切削性に優れたSUM等の鋼鉄材からなり、円筒状に形成されており、ステム部３１と接続される一端は、径方向外側に延びるフランジ部３５を有している。これにより、螺合を繰り返す雌ネジ部の強度を高めるとともに、精度よく加工することにより既設高周波コネクタと接合性を高めることができる。
【００３３】
ステム部３１は、コバールガラスとの接合性に優れたコバール金属等からなり、径方向外側に突出して高周波同軸コネクタ部３２のフランジ部３５に固定されるフランジ部３６と、フランジ部３６の径方向内側に位置して、高周波同軸コネクタ部３２側に電気絶縁部材３４が充填されるように窪みながら径方向内側に延びる電気絶縁部材充填部３７と、電気絶縁部材充填部３７の一部から高周波光電変換素子９に向かって径方向内側に延在する延在部３８とを有している。電気絶縁部材充填部３７の内径は、高周波光電変換素子９の内径よりも僅かに小さく形成されている。そのため、電気絶縁部材充填部３７の径方向内側に開口３３が設けられることになる。延在部３８は、細い板状に形成されて、高周波光電変換素子９の近傍まで延在している。
【００３４】
電気絶縁部材３４は、コバール金属との接合性に優れたコバールガラス等からなり、ステム部３の電気絶縁部材充填部３７に充填されて、ステム部３１の開口３３を塞いでいる。電気絶縁部材３４の一端面３４ａは、ほぼ水平面状になっている。
【００３５】
このように、高周波光電変換装置３０では、ステム部３１と高周波同軸コネクタ部３２とを別体とすることで、ステム部３１の気密性、及び高周波同軸コネクタ部３２の加工性と耐久性を兼ね備えるなど、それぞれの部位に必要且つ最適な設計が可能になり、設計の自由度が向上し、様々な高周波光電変換素子９の形状や用途に柔軟に対応することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態に係る高周波光電変換装置を示す断面図である。
【図２】図１に示すII−II線に沿っての断面図である。
【図３】比較例の高周波光電変換装置を示す断面図である。
【図４】図２に示すIV−IV線に沿っての断面図である。
【図５】図１に示す高周波光電変換装置における高周波光電変換素子のパルス応答波形を示した図である。
【図６】図３に示す高周波光電変換装置における高周波光電変換素子のパルス応答波形を示した図である。
【図７】変形例の高周波光電変換装置を示す断面図である。
【図８】図７に示すVIII−VIII線に沿っての断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１，３０…高周波光電変換装置、２，３３…開口、３，３１…ステム部、４，３２…高周波同軸コネクタ部、５…フレーム（ベース）、６，３４…電気絶縁部材、６ａ，３４ａ…一端面、７…キャップ、８…リードピン、８ａ…一端、８ｂ…他端、９…高周波光電変換素子、１１，３８…延在部、１３…接地電極（第１の電極）、１４…信号電極（第２の電極）。
【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】
2008098193.tif 000008
【図７】
2008098193.tif 000009
【図８】
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