(57)【要約】【課題】プリアンプの接地電位を安定化させることができる光受信モジュールを提供する。【解決手段】光受信モジュール１はステム２を有し、このステム２上にはダイキャップコンデンサ９が設けられ、このダイキャップコンデンサ９の上面には、光信号を受光して電気信号に変換する受光素子１０が載置されている。また、ステム２上には、受光素子１０の出力信号を増幅するプリアンプ２２がダイキャップコンデンサ９に隣接して設けられている。さらに、ステム２上におけるダイキャップコンデンサ９の両側には接地用柱部２５が立設されている。プリアンプ２２の信号入力パッド２９は、ボンディングワイヤ３７を介して受光素子１０の電極１２と電気的に接続され、プリアンプ２２の各接地パッド３２は、ボンディングワイヤ４０を介して各接地用柱部２５と電気的に接続され接地されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のステムと、
前記ステム上に設けられ、光信号を受光して電気信号に変換する受光素子と、
前記ステム上に設けられ、前記受光素子の出力信号を増幅するプリアンプと、
前記ステムと電気的に接続されるように前記ステム上に設けられた金属製の接地用柱部とを備え、
前記接地用柱部と前記プリアンプとが電気的に接続されていることを特徴とする光受信モジュール。
【請求項２】
前記受光素子は、前記ステムの中央部に配置され、
前記接地用柱部は、前記受光素子の両側にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１記載の光受信モジュール。
【請求項３】
前記プリアンプは、信号入力パッドと、前記信号入力パッドに隣接して配置された接地パッドとを有し、
前記信号入力パッドと前記受光素子とが第１ボンディングワイヤを介して電気的に接続され、前記接地パッドと前記接地用柱部とが第２ボンディングワイヤを介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の光受信モジュール。
【請求項４】
前記ステム及び前記接地用柱部はコバールで形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の光受信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信を行うための光受信モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光受信モジュールとしては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。この文献に記載の光受信モジュールは、光信号を電気信号に変換する受光素子と、この受光素子の出力信号を増幅するプリアンプとを有し、これらの部品はＴＯパッケージに搭載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１３９３４２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
光信号としてＧＨｚ帯にまで及ぶ高速信号を扱う場合には、受光素子とプリアンプとを近接して配置する必要があるが、この場合には、プリアンプの接地パッドと接地電位であるＴＯパッケージとの間にボンディングワイヤを配設するスペースを確保することが困難になる。このため、プリアンプの接地パッドとＴＯパッケージとをつなぐボンディングワイヤを引き回して配設せざるを得ず、ボンディングワイヤが長くなってしまう。このようにワイヤ長が長くなると、ボンディングワイヤに存在するインダクタンス成分が増大するため、ボンディングワイヤのインピーダンスが高くなる。これにより、プリアンプの接地電位が不安定になり、周波数特性が悪化する可能性がある。
【０００５】
本発明の目的は、プリアンプの接地電位を安定化させることができる光受信モジュールを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の光受信モジュールは、金属製のステムと、ステム上に設けられ、光信号を受光して電気信号に変換する受光素子と、ステム上に設けられ、受光素子の出力信号を増幅するプリアンプと、ステムと電気的に接続されるようにステム上に設けられた金属製の接地用柱部とを備え、接地用柱部とプリアンプとが電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【０００７】
このようにステム上に接地用柱部を設けることにより、例えばボンディングワイヤでプリアンプと接地用柱部とを直結するだけで、プリアンプがステムと電気的に接続され、接地されるようになる。このため、プリアンプを接地電位（ステム）につなぐための接地用ボンディングワイヤが全体的に短くなる。従って、接地用ボンディングワイヤに存在するインダクタンスが低減するため、例えばＧＨｚ帯の高周波信号を伝送する際に、接地用ボンディングワイヤのインピーダンスが低くなる。これにより、プリアンプの接地電位がステムの電位とほぼ一致して安定化する。その結果、信号波形を良好に保った状態で伝送を行うことが可能となる。
【０００８】
好ましくは、受光素子は、ステムの中央部に配置され、接地用柱部は、受光素子の両側にそれぞれ配置されている。この場合には、受光素子の出力信号をプリアンプに入力するための信号用ボンディングワイヤの両側に、接地用ボンディングワイヤがそれぞれ配設されることになる。このため、信号ラインの低インピーダンス化が図られるので、信号波形をより良好に保つことができる。
【０００９】
また、好ましくは、プリアンプは、信号入力パッドと、信号入力パッドに隣接して配置された接地パッドとを有し、信号入力パッドと受光素子とが第１ボンディングワイヤを介して電気的に接続され、接地パッドと接地用柱部とが第２ボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。これにより、受光素子とプリアンプとの電気的接続、接地用柱部とプリアンプとの電気的接続を簡単かつ確実に行うことができる。
【００１０】
さらに、好ましくは、ステム及び接地用柱部はコバールで形成されている。コバールは、パッケージの材料として一般的であり、また高周波特性も良く有利である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光受信モジュールの好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係る光受信モジュールの一実施形態を示す平面図であり、図２は、図１に示す光受信モジュールの垂直方向断面図である。また、図３は、図１に示す光受信モジュールの回路構成図である。
【００１３】
各図において、本実施形態の光受信モジュール１は、コバールで形成された略円形のステム２を有し、このステム２には、複数本（ここでは５本）のリードピン３〜７が設けられている。リードピン３は、ステム２を接地電位にするためのピンであり、ステム２の中央部においてステム２の裏面に固着されている。リードピン４，５は、電源電圧供給用のピンであり、リードピン６，７は、電気信号出力用のピンである。これらのリードピン４〜７は、ステム２を貫通していると共に、絶縁ガラス８を介してステム２に固定されている。なお、図示はしないが、ステム２には、球面レンズを中央部に有する蓋部が取り付けられている。
【００１４】
ステム２上にはダイキャップコンデンサ（平行平板コンデンサ）９が設けられ、このダイキャップコンデンサ９の上面には受光素子１０が載置されている。受光素子１０は、光受信モジュール１の上方に配置された光ファイバ（図示せず）から出射された光信号を受光して電気信号に変換する半導体素子である。ダイキャップコンデンサ９は、受光素子１０をステム２の中央部に位置させるように配置されている。これにより、光ファイバから出射された光が球面レンズ（前述）を介して効率良く受光素子１０に入射されることになる。
【００１５】
受光素子１０は、図３及び図４に示すように、フォトダイオード１１を有し、このフォトダイオード１１のアノードは電極１２と接続され、フォトダイオード１１のカソードは電極１３と接続されている。また、フォトダイオード１１のカソードは、抵抗１４を介して電極１５と接続され、抵抗１４の両端にはダイオード１６が並列接続されている。
【００１６】
電極１５は、ボンディングワイヤ１７，１８とステム２上に設けられたダイキャップコンデンサ１９の上面電極とを介して、リードピン４と電気的に接続されている。これにより、受光素子１０には、リードピン４からの電源電圧が印加されるようになる。
【００１７】
ダイキャップコンデンサ１９の下面電極は、ステム２と電気的に接続され、接地されている。これにより、ダイキャップコンデンサ１９は、受光素子１０に印加される電源のカップリングコンデンサとして機能することとなる。
【００１８】
上記の受光素子１０を搭載したダイキャップコンデンサ９の上面電極は、ボンディングワイヤ２０を介して、受光素子１０の電極１３と電気的に接続されている。また、ダイキャップコンデンサ９の下面電極は、ステム２と電気的に接続され、接地されている。これにより、ダイキャップコンデンサ９と抵抗１４とがＣＲフィルタ（ＬＰＦ）回路を構成することになり、受光素子１０の安定した動作が実現可能となる。
【００１９】
ダイキャップコンデンサ９の上面電極には、上面に開口したダイボンド材流れ止め用の溝部２１が形成されている。これにより、受光素子１０をダイキャップコンデンサ９の上面に固定すべく、ダイキャップコンデンサ９の上面のチップ搭載エリアにダイボンド材を塗布した際に、ダイボンド材がダイキャップコンデンサ９上を流れて拡がることが防止される。従って、ダイキャップコンデンサ９の上面電極と受光素子１０とのワイヤボンディングを確実に行うことができる。
【００２０】
ステム２上において、ダイキャップコンデンサ９に対してダイキャップコンデンサ１９の反対側には、プリアンプ２２がダイキャップコンデンサ９に隣接するように設けられている。プリアンプ２２は、受光素子１０の出力信号を増幅する集積回路（ＩＣ）であり、図３に示すように多段接続されたＯＰアンプ２３，２４を有している。また、ステム２上において、ダイキャップコンデンサ９の両側には、直方体形状をもったコバール製の接地用柱部２５がそれぞれ立設され、各接地用柱部２５の外側には、ダイキャップコンデンサ２６，２７が配置されている。
【００２１】
また、プリアンプ２２は、図３及び図５に示すように、電源パッド２８と、信号入力パッド２９と、信号出力パッド３０，３１と、接地パッド３２，３３と、補助パッド３４とを有している。電源パッド２８は、ボンディングワイヤ３５，３６とダイキャップコンデンサ２６の上面電極とを介して、リードピン５と電気的に接続されている。これにより、プリアンプ２２には、リードピン５からの電源電圧が印加されるようになる。
【００２２】
ダイキャップコンデンサ２６の下面電極は、ステム２と電気的に接続され、接地されている。これにより、ダイキャップコンデンサ２６は、プリアンプ２２に印加される電源のカップリングコンデンサとして機能することとなる。
【００２３】
信号入力パッド２９は、受光素子１０と対向するように配置され、ボンディングワイヤ３７を介して受光素子１０の電極１２と電気的に接続されている。これにより、受光素子１０の出力信号が信号入力パッド２９に入力される。
【００２４】
信号出力パッド３０，３１は、ボンディングワイヤ３８，３９を介してリードピン６，７とそれぞれ電気的に接続されている。なお、信号出力パッド３１は、信号出力パッド３０から出力される信号とは位相が１８０度異なる相補信号を出力するものである。これにより、プリアンプ２２の出力信号が、リードピン６，７を介して外部に送られる。
【００２５】
接地パッド３２は信号入力パッド２９の両側にそれぞれ配置されており、擬似的なコプレーナ構造を形成している。各接地パッド３２は、ボンディングワイヤ４０を介して各接地用柱部２５と電気的に接続され、接地されている。これにより、信号ラインの低インピーダンス化を図ることができる。また、接地パッド３３は、ボンディングワイヤ４１を介してステム２と直接電気的に接続され、接地されている。
【００２６】
補助パッド３４は、ボンディングワイヤ４２を介して、ダイキャップコンデンサ２７の上面電極と電気的に接続されている。ダイキャップコンデンサ２７の下面電極は、ステム２と電気的に接続され、接地されている。ダイキャップコンデンサ２７は、プリアンプ２２に内蔵されているＣＲフィルタ回路（ＬＰＦ）の容量不足を補うために外付けしたものである。
【００２７】
図６は、比較例として、従来の光受信モジュールの一つを示した平面図である。図中、上記の光受信モジュール１と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
同図において、光受信モジュール５０は、ステム２上に設けられたダイキャップコンデンサ５１を有し、このダイキャップコンデンサ５１の上面電極は４つの電極部５２Ａ〜５２Ｄに分割されている。ダイキャップコンデンサ５１の下面電極は、ステム２と電気的に接続され、接地されている。ステム２の中央部に位置する電極部５２Ｂには受光素子１０が載置され、この受光素子１０は、ボンディングワイヤ５３を介して電極部５２Ｂと電気的に接続されている。
【００２９】
ダイキャップコンデンサ５１の一端側の電極部５２Ｄは、ボンディングワイヤ５４を介してプリアンプ２２の電源パッドと電気的に接続されていると共に、ボンディングワイヤ５５を介してリードピン５と電気的に接続されている。ダイキャップコンデンサ５１の電極部５２Ｄと下面電極とは、プリアンプ２２に印加される電源のカップリングコンデンサとして機能している。
【００３０】
ダイキャップコンデンサ５１の残りの２つの電極部５２Ａ，５２Ｃは、ボンディングワイヤ５６を介して、プリアンプ２２の接地パッドとそれぞれ電気的に接続されていると共に、ボンディングワイヤ５７を介して、ステム２とそれぞれ電気的に接続されている。つまり、各電極部５２Ａ，５２Ｃは、プリアンプ２２の接地パッドとステム２とを接続するワイヤリングの中継点として機能している。
【００３１】
しかし、このような構造では、プリアンプ２２の接地パッドを接地電位とするためのボンディングワイヤが全体的に長くなってしまうため、以下の問題点が生じる。即ち、例えば直径が３０〜５０μｍの通常のボンディングワイヤでは、長さ１ｍｍ当たり１ｎＨのインダクタンスが寄生的に存在すると考えられる。このインダクタンスは、１ＧＨｚの信号に対しては数Ωのインピーダンスに相当するため、１０ＧＨｚの高速信号を扱う場合には、数十Ωのインピーダンスが生じることになる。
【００３２】
上記の光受信モジュール５０においては、プリアンプ２２の接地パッドから、数Ωのインピーダンスを有するボンディングワイヤ５６を介してダイキャップコンデンサ５１に至り、ダイキャップコンデンサ５１の電極部５２Ａ，５２Ｃと下面電極との間の容量を見込んだ上で、更にダイキャップコンデンサ５１から、数Ωのインピーダンスを有するボンディングワイヤ５７を介してステム２に至る。つまり、プリアンプ２２の接地パッドからＬ，Ｃ，Ｌの等価回路を経てステム２に至る構成となってしまう。
【００３３】
この場合には、コプレーナ構造を構成するようにプリアンプ２２の信号入力パッドの両脇に設けられた接地パッドが、ＧＨｚ帯、特に１０ＧＨｚ帯を越えるような超高周波帯では、有効に機能しないものとなってしまう。具体的には、ボンディングワイヤ５６，５７に存する数Ω〜数十Ωのインピーダンスによってプリアンプ２２の接地パッドの接地電位が不安定になるため、プリアンプ２２の動作も不安定になり、良好な信号波形を得ることが困難になる。
【００３４】
これに対し、本実施形態の光受信モジュール１では、受光素子１０を搭載したダイキャップコンデンサ９の両側に接地用柱部２５を設け、この接地用柱部２５とプリアンプ２２の接地パッド３２とをボンディングワイヤ４０で直結するようにしたので、接地パッド３２の接地に必要なボンディングワイヤ長が短くて済む。このため、ボンディングワイヤ４０が有するインダクタンス成分が低減するので、ボンディングワイヤ４０のインピーダンスが低くなる。また、プリアンプ２２の接地パッド３２とステム２との間には、Ｌ，Ｃ，Ｌの等価回路が存在することは無い。これにより、接地パッド３２の接地電位を有効にステム２の電位に一致させることができる。従って、１ＧＨｚ帯を越えるような高周波信号帯域であっても、プリアンプ２２の動作が安定化すると共に、信号波形が良好な状態に保たれる。
【００３５】
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、接地用柱部２５をダイキャップコンデンサ９の両脇に配置し、各接地用柱部２５とプリアンプ２２の接地パッド３２とをボンディングワイヤ４０で直結する構成としたが、接地用柱部２５の数は１つでも良いし、３つ以上あっても良い。また、ステム２及び接地用柱部２５の金属材料としては、上記のコバールの他に、鉄にニッケルめっきを施したものや、銅にニッケルめっきを施したものを使用してもよい。さらに、各部品の電気的接続のための部材としては、ボンディングワイヤの他に、リボンを使用してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、ステム上に、ステムと電気的に接続されるように金属製の接地用柱部を設け、接地用柱部とプリアンプとを電気的に接続するようにしたので、プリアンプの接地電位を安定化させることができる。これにより、プリアンプの動作を安定化させ、信号の発振等を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光受信モジュールの一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１に示す光受信モジュールの回路構成図である。
【図４】図１に示す受光素子の拡大平面図である。
【図５】図１に示すプリアンプの拡大平面図である。
【図６】比較例として、従来の光受信モジュールの一つを示す平面図である。
【符号の説明】
１…光受信モジュール、２…ステム、１０…受光素子、２２…プリアンプ、２５…接地用柱部、２９…信号入力パッド、３２…接地パッド、３７…ボンディングワイヤ（第１ボンディングワイヤ）、４０…ボンディングワイヤ（第２ボンディングワイヤ）。
【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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