(57)【要約】【課題】パッドによる容量成分を低減して、高周波特性を向上する。【解決手段】バイアス電流が供給される電極を有する発光素子５１と、バイアス電流を供給するための配線パターンが形成された配線基板８１と、ボンディングワイヤ８３により電極に接続されたパッド５４と接続された一方の端子と、配線パターンであるパッド８４に接続された他方の端子とを有するフェライトビーズインダクタＬ１２とを備えた。【選択図】        図１１
2004228552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイアス電流が供給される電極を有する発光素子と、
前記バイアス電流を供給するための配線パターンが形成された配線基板と、
結線部材により前記電極と接続された一方の端子と、前記配線パターンに接続された他方の端子とを有するインダクタ部品とを備えたことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記配線パターンに接続され、前記発光素子に前記バイアス電流を供給する駆動回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記駆動回路は、前記バイアス電流を供給するバイアス電流供給回路と前記発光素子に変調電流を供給する変調電流供給回路とを含み、
前記バイアス電流供給回路は、前記配線パターンに接続され、
前記変調電流供給回路は、前記インダクタ部品を介さずに前記電極と接続されていることを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記結線部材は、ボンディングワイヤまたはボンディングリボンであることを特徴とする請求項１、２または３に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記一方の端子は、金メッキが付されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項６】
前記インダクタ部品は、
金メッキが付された第１金属ブロックと、
該第１金属ブロックが接続された第１端子および第２端子を有するインダクタンス素子とを含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項７】
前記第１端子および第２端子は、少なくとも半田メッキ、錫メッキおよび金メッキのいずれかが付されていることを特徴とする請求項６に記載の光モジュール。
【請求項８】
前記インダクタ部品は、金メッキが付された第２金属ブロックを含み、該第２金属ブロックは、前記第２端子に接続されていることを特徴とする請求項６または７に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送システムなどに使用する高速広帯域で動作する光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバを伝送媒体とする光伝送システムは、伝送容量が増大し、システムに用いられる光送受信器などの回路の高速広帯域化が進められている。例えば、４０Ｇｂ／ｓ光伝送システムに用いられる回路は、数十ｋＨｚから５０ＧＨｚ程度の広帯域で動作することが求められている。このような回路として、能動素子、受動素子、伝送線路を半導体基板上に一体化して、複数の機能を有する回路を集積したＭＭＩＣ（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）が知られている。また、発光素子または受光素子などの光素子と、駆動回路または増幅回路を集積したＭＭＩＣとを、１つの筐体に収めた光モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１に、従来のＭＭＩＣの構成を示す。図１（ａ）は、ＭＭＩＣの概略の回路図である。機能ＩＣ１１には電源Ｖｄｄが接続されている。電源Ｖｄｄには、電源雑音を除去するためのバイパスコンデンサＣ１が接続されている。機能ＩＣ１１は、例えば、光受信器における前置増幅器であり、高周波領域で動作する。ＭＭＩＣにおいては、機能ＩＣ１１における高周波信号が、電源ラインに雑音として侵入するのを防ぐために、電源ラインにＬＣフィルタを形成する。
【０００４】
図１（ｂ）は、ＭＭＩＣの概略の実装図である。ＬＣフィルタを形成するインダクタンス素子は、一般的に高価であり、ＭＭＩＣに比較して専有面積が大きい。そこで、電源Ｖｄｄ用の実装基板１２のパッド１３から機能ＩＣ１１までのボンディングワイヤ１４を長くして、インダクタンス成分Ｌ１を有意な値とすることが行われている。
【０００５】
図２に、従来の光送信器の構成を示す。図２（ａ）は、光送信器の概略の回路図である。駆動回路５２は、インダクタンス成分Ｌ１を介して、発光素子５１にバイアス電流を供給し、インダクタンス成分Ｌ２を介して、発光素子５１に入力された電気信号に応じた変調電流を供給する。駆動回路５２から発光素子５１に供給される変調電流の交流成分が、駆動回路５２のバイアス電流供給回路に影響を与えないように、インダクタンス成分Ｌ１を大きくしなければならない。
【０００６】
図２（ｂ）は、光送信器の概略の実装図である。インダクタンス素子は、一般的に高価であり、発光素子に比較して専有面積が大きい。そこで、発光素子５１を搭載するヒートシンク５３のパッド５４から駆動回路５２までのバイアス電流供給用のボンディングワイヤ５５を長くして、インダクタンス成分Ｌ１を大きくすることが行われている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２７０９４２号公報（図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インダクタンス成分Ｌ１を得るために、ボンディングワイヤ１４，５５の長さが数ｃｍ必要であり実装スペースが必要であること、およびワイヤの強度不足による断線など信頼性に劣るという問題があった。また、光送信器においては、変調電流供給用のボンディングワイヤ５６も長くなるため、高周波領域における変調特性が劣化するという問題もあった。
【０００９】
そこで、フェライトビーズインダクタを用いる方法が知られている。図３に、従来のフェライトビーズインダクタを使用したＭＭＩＣの構成を示す。図３（ａ）は、ＭＭＩＣの概略の実装図である。電源Ｖｄｄ用の実装基板２１に、バイパスコンデンサＣ１とフェライトビーズインダクタＬ２とによりＬＣフィルタを構成する。図３（ｂ）は、電源ラインの等価回路である。実装基板２１において部品を搭載するためのパッド２１，２３は、裏面アースのセラミック基板では容量成分Ｃ２２，Ｃ２３を有する。例えば、比誘電率９、基板厚さ２００μｍ、パッド面積５００×２０００μｍのセラミック基板では、容量成分Ｃ２２，Ｃ２３はそれぞれ０．４ｐＦ程度である。
【００１０】
このような容量成分Ｃ２２，Ｃ２３により、フェライトビーズインダクタＬ２との間で共振が起こり、電源ラインを介して機能ＩＣ１１の出力に反映される。機能ＩＣ１１が増幅器であれば、ゲインディップとして表れ、出力波形のジッタが増加するという問題があった。
【００１１】
図４に、従来のフェライトビーズインダクタを使用した光送信器の構成を示す。図４（ａ）は、光送信器の概略の実装図である。図２（ｂ）に示したバイアス電流供給用のボンディングワイヤ５５の代わりに、フェライトビーズインダクタＬ１１を介して、発光素子５１と駆動回路５２とを接続する。図４（ｂ）は、バイアスラインの等価回路である。フェライトビーズインダクタＬ１１を搭載するためのパッド６１，６２は、裏面アースのセラミック基板では容量成分Ｃ６１，Ｃ６２を有する。
【００１２】
このような容量成分Ｃ６１，Ｃ６２と、ボンディングワイヤ６３，６４のインダクタンス成分Ｌ６３，Ｌ６４及びフェライトビーズインダクタＬ１１との間で共振が起こり、高周波領域における変調特性が劣化するという問題もあった。
【００１３】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、パッドによる容量成分を低減して、高周波特性を改善するための光モジュールを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、バイアス電流が供給される電極を有する発光素子と、前記バイアス電流を供給するための配線パターンが形成された配線基板と、結線部材により前記電極と接続された一方の端子と、前記配線パターンに接続された他方の端子とを有するインダクタ部品とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、インダクタ部品を接続するパッドの面積を小さくすることができ、パッドによる容量成分が小さくなり、一方の端子には、パッドを設ける必要がなく、パッドによる容量成分は生じないので、高周波特性を改善することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の前記配線パターンに接続され、前記発光素子に前記バイアス電流を供給する駆動回路をさらに備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の前記駆動回路は、前記バイアス電流を供給するバイアス電流供給回路と前記発光素子に変調電流を供給する変調電流供給回路とを含み、前記バイアス電流供給回路は、前記配線パターンに接続され、前記変調電流供給回路は、前記インダクタ部品を介さずに前記電極と接続されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１、２または３に記載の前記結線部材は、ボンディングワイヤまたはボンディングリボンであることを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の前記一方の端子は、金メッキが付されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の前記インダクタ部品は、金メッキが付された第１金属ブロックと、該第１金属ブロックが接続された第１端子および第２端子を有するインダクタンス素子とを含むことを特徴とする。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の前記第１端子および第２端子は、少なくとも半田メッキ、錫メッキおよび金メッキのいずれかが付されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の前記インダクタ部品は、金メッキが付された第２金属ブロックを含み、該第２金属ブロックは、前記第２端子に接続されていることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
図５に、本発明の一実施形態にかかるＭＭＩＣの実装構成を示す。図５（ａ）は、ＭＭＩＣの概略の実装平面図である。電源Ｖｄｄ用の実装基板３１に、バイパスコンデンサＣ１とフェライトビーズインダクタＬ３とによりＬＣフィルタを構成する。フェライトビーズインダクタＬ３は、パッド３２上に立てて実装されている。図５（ｂ）に、ＭＭＩＣの側面図を示す。フェライトビーズインダクタＬ３の一方の端子は、ボンディングワイヤ３３により、機能ＩＣ１１に接続されており、他方の端子は、パッド３２に半田付けされている。フェライトビーズインダクタＬ３の詳細は、図１２を参照して後述する。
【００２４】
このような構成により、フェライトビーズインダクタＬ３の一方の端子には、パッドを設ける必要がないので、パッドによる容量成分は生じない。
【００２５】
図６に、機能ＩＣとして構成された増幅器の入出力特性を示す。機能ＩＣ１１が４０Ｇｂ／ｓ光伝送システムに用いられる増幅器であり、ＳパラメータＳ２１を測定した結果である。図６（ａ）は、図２に示したＭＭＩＣの増幅器の入出力特性であり、周波数２ＧＨｚ付近に大きなゲインディップが認められる。図６（ｂ）は、図５に示したＭＭＩＣの増幅器の入出力特性であり、周波数２ＧＨｚ付近のゲインディップが改善されているのがわかる。フェライトビーズインダクタＬ３の一方の端子には、パッドによる容量成分がないので、共振が抑えられて、ゲインディップが減少している。４０Ｇｂ／ｓ光伝送システムにおいては、ゲインディップが２ｄＢ以下であることが要求されており、本実施形態により、その要求を満たすことができる。
【００２６】
図７に、本発明の一実施形態にかかるＭＭＩＣの応用例を示す。機能ＩＣの電源ラインに挿入されるＬＣフィルタとして説明したが、以下のような応用例にも適用することができる。図７（ａ）は、機能ＩＣ１１の出力端子に設けられたバイアスＴ回路に適用した実装平面図である。バイアスＴ回路は、機能ＩＣ１１の出力端子の直流電位を所定の電位に設定するための回路であり、電源ＶｄｄからフェライトビーズインダクタＬ３を介して電位が与えられる。容量素子Ｃ４２は、直流成分を阻止し、機能ＩＣ１１の出力端子からの交流成分のみを出力する。
【００２７】
図７（ｂ）は、機能ＩＣ１１の入力端子に設けられたバイアスＴ回路に適用した実装平面図である。バイアスＴ回路は、図７（ａ）の場合と同様の機能を有する。フェライトビーズインダクタＬ３は、パッド４１上に立てて実装されおり、一方の端子のパッドによる容量成分がなくなるので、ゲインディップを改善することができる。
【００２８】
図８に、本発明の第１の実施形態にかかる光送信器の構成を示す。図８（ａ）は、光送信器の概略の実装平面図である。フェライトビーズインダクタＬ１２を介して、発光素子５１と駆動回路５２とを接続する。フェライトビーズインダクタＬ１２は、パッド７１上に立てて実装されている。図８（ｂ）に、光送信器の側面図を示す。フェライトビーズインダクタＬ１２一方の端子は、ボンディングワイヤ７２により、発光素子５１に接続されており、他方の端子は、パッド７１に半田付けされている。このような構成により、駆動回路５２は、発光素子５１に対して、ボンディングワイヤ７３、フェライトビーズインダクタＬ１２およびボンディングワイヤ７２を介してバイアス電流を供給する。フェライトビーズインダクタＬ１２の一方の端子には、パッドを設ける必要がないので、パッドによる容量成分は生じないため、高周波領域における変調特性を改善することができる。また、フェライトビーズインダクタのインダクタンス成分は、ボンディングワイヤのインダクタンス成分よりはるかに大きいので、ボンディングワイヤ５６を介して発光素子５１に供給される変調電流の交流成分が、駆動回路５２のバイアス電流供給回路に影響を与えることはない。
【００２９】
図９に、本発明の一実施形態にかかる発光素子モジュールの構成を示す。図９（ａ）は、発光素子モジュールの概略の実装図である。発光素子５１と駆動回路とは、配線パターン７４，７５を介して接続されている。フェライトビーズインダクタＬ１２は、パッド７１上に立てて実装されている。フェライトビーズインダクタＬ１２の一方の端子は、ボンディングワイヤ７２により、パッド５４を介して発光素子５１に接続され、他方の端子は、パッド７１に半田付けされ、ボンディングワイヤ７３を介して配線パターン７５に接続されている。配線パターン７４は、パッド５４を介して発光素子５１に接続されている。駆動回路は、発光素子５１に対して、配線パターン７４を介して変調電流を供給し、配線パターン７５を介してバイアス電流を供給する。
【００３０】
図９（ｂ）は、バイアスラインの等価回路である。フェライトビーズインダクタＬ１２を搭載するためのパッド７１は、裏面アースのセラミック基板では容量成分Ｃ７１を有する。フェライトビーズインダクタＬ１２の一方の端子には、パッドを設ける必要がないので、パッドによる容量成分は生じない。
【００３１】
ここで、バイアス用のボンディングワイヤ７２によるインダクタンス成分Ｌ７２と、フェライトビーズインダクタＬ１２により、高周波ノイズを阻止することができ、発光素子５１とフェライトビーズインダクタＬ１２との間に容量成分が存在しないので、共振も生じないため、高周波領域における変調特性を改善することができる。
【００３２】
図１０に、光送信器の出力特性を示す。図１０（ａ）は、比較のために図２（ｂ）に示した光送信器の出力特性であり、図１０（ｂ）は、図８（ａ）に示した光送信器の出力特性である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）と比較してアイパターンの開口部が大きく、高周波領域における変調特性が改善されていることがわかる。
【００３３】
図１１に、本発明の第２の実施形態にかかる光送信器の構成を示す。図１１（ａ）は、光送信器の概略の実装平面図である。光送信器は、発光素子５１を搭載するヒートシンク５３と、駆動回路ＩＣ８２を搭載する配線基板８１とから構成されている。発光素子５１と駆動回路ＩＣ８２のバイアス電流供給回路とは、ボンディングワイヤ８３と、フェライトビーズインダクタＬ１２とを介して接続される。フェライトビーズインダクタＬ１２は、パッド８４上に立てて実装されている。一方、発光素子５１と駆動回路ＩＣ８２の変調電流供給回路とは、ボンディングワイヤ８６とパッド８５とを介して接続される。
【００３４】
図１１（ｂ）に、光送信器の側面図を示す。フェライトビーズインダクタＬ１２の一方の端子は、ボンディングワイヤ８３により、パッド５４を介して発光素子５１の電極に接続されており、他方の端子は、配線基板８１に形成された配線パターンであるパッド８４に半田付けされている。このような構成により、駆動回路ＩＣ８２は、発光素子５１に対して、バイアス電流を供給する。フェライトビーズインダクタＬ１２の一方の端子には、パッドを設ける必要がないので、パッドによる容量成分は生じないため、高周波領域における変調特性を改善することができる。
【００３５】
一方、発光素子５１に対する変調電流は、ボンディングワイヤ８６とパッド８５とを介して供給されるので、ボンディングワイヤ８６の長さを短くすることができる。また、パッド８５の面積を小さくすることにより、配線基板８１の裏面アースとの間で形成される容量を小さくすることができるので、高周波特性を損なうことがない。
【００３６】
図１２は、本発明の第１の実施形態にかかるフェライトビーズインダクタの製造方法を説明するための図である。フェライトビーズインダクタ１０１の端子は、半田接続を行うために半田メッキが付されている。このままでは、ボンディングワイヤを接続することができないので、一方の面１２１を金メッキし、他方の面１２２を半田メッキした金属ブロック１０２を、フェライトビーズインダクタ１０１の一方の端子に接続する。このようにして、フェライトビーズインダクタの一方の端子は、金属ブロック１０２を介してボンディングワイヤを接続することができ、他方の端子は、パッドに半田付けすることができる。
【００３７】
フェライトビーズインダクタ１０１と金属ブロック１０２との接続は、フェライトビーズインダクタ１０１の一方の端子に半田クリーム１１１を塗布して、Ｖ字溝を有する接続治具１３１に載せる。フェライトビーズインダクタ１０１の一方の端子と金属ブロック１０２の他方の面１２２とを対向させて載せる（図１２（ａ）参照）。さらに、接続治具１３１の上から抑え板１３２により、フェライトビーズインダクタ１０１と金属ブロック１０２とを固定し（図１２（ｂ）参照）、接続治具１３１を加熱して両者を接続する。
【００３８】
また、表面を金メッキした金属ブロック１０２を、フェライトビーズインダクタ１０１の一方の端子に接続してもよい。
【００３９】
図１３は、本発明の第２の実施形態にかかるフェライトビーズインダクタの製造方法を説明するための図である。ダイボンダーを使用して、フェライトビーズインダクタ１０１の端子に、表面を金メッキした金属ブロック１４１ａを取り付ける（図１３（ａ））。フェライトビーズインダクタ１０１をダイボンダーのコレット１５２に、真空吸着させて固定し、金属ブロック１４１ａをダイボンダーのステージ１５１に固定する。予め３２０℃程度に昇温したステージ１５１上に、半田ペレット１４２を搭載した金属ブロック１４１ａを載置する。ステージ１５１を昇温してあるので、半田ペレット１４２は直ぐに溶融するが、雰囲気を窒素雰囲気に保つことで、半田の酸化を防ぐことができる。
【００４０】
コレット１５２に吸着されたフェライトビーズインダクタ１０１を、金属ブロック１４１ａに押しつけた状態で、ステージ１５１を降温することで、フェライトビーズインダクタ１０１と金属ブロック１４１ａとを接着する。同様にして、フェライトビーズインダクタ１０１の他方の端子にも、金属ブロック１４１ｂを接着する（図１３（ｂ））。
【００４１】
このようにして、フェライトビーズインダクタの端子に、金属ブロック１４１を接着することにより、端子が金以外の金属であっても、ボンディングワイヤを接続することができる。また、フェライトビーズインダクタの他方の端子にも金属ブロックを接着することにより、フェライトビーズインダクタと基板上のパッドとの接続に、半田ペーストまたは導電性樹脂を用いることができる。なお、金属ブロックは、表面を金メッキしたコバールまたは銅などの一般的な金属を用いることができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、フェライトビーズインダクタを用いたが、他のチップ部品を用いてもよい。一般的なチップ部品の端子は、半田接続を行うために半田メッキ、いわゆるＳｎ／Ｐｂメッキが付されている。また、Ｐｂフリー化のためにＳｎメッキが付されていることもある。従って、上述した方法により、金属ブロックを取り付けてもよいし、金メッキ端子または銀パラジウム端子を有するチップ部品を使用してもよい。また、結線部材であるボンディングワイヤは、金ワイヤに限らず、アルミワイヤ、銅線でも構わないし、ボンディングリボンであっても構わない。
【００４３】
さらに、機能ＩＣは、光伝送システムの光受信器に用いられる前置増幅器、主増幅器などのほか、進行波型増幅器などにも適用できる。その他、上述したバイアスＴ回路と同様に、インダクタを介して直流を供給する回路であれば、いずれにも適用できる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、インダクタンス素子の２つの端子のうち、一方の端子には、パッドを設ける必要がなく、パッドによる容量成分が生じないので、高周波特性を改善することが可能となる。
【００４５】
また、本発明によれば、上述したインダクタンス素子を用いて、ＬＣフィルタ、ＩＣの電源供給回路、またはバイアスＴ回路を構成することにより、これら回路の高周波特性を改善することが可能となる。
【００４６】
さらに、本発明によれば、上述したインダクタンス素子を用いて、光モジュールを構成することにより、高周波領域における変調特性を改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＭＭＩＣの構成を示す図である。
【図２】従来の光送信器の構成を示す図である。
【図３】従来のフェライトビーズインダクタを使用したＭＭＩＣの構成を示す図である。
【図４】従来のフェライトビーズインダクタを使用した光送信器の構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかるＭＭＩＣの構成を示す実装図である。
【図６】機能ＩＣとして構成された増幅器の入出力特性を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態にかかるＭＭＩＣの応用例を示す実装図である。
【図８】本発明の第１の実施形態にかかる光送信器の構成を示す実装図である。
【図９】本発明の一実施形態にかかる発光素子モジュールの構成を示す図である。
【図１０】光送信器の出力特性を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態にかかる光送信器の構成を示す実装図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態にかかるフェライトビーズインダクタの製造方法を説明するための図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態にかかるフェライトビーズインダクタの製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１１    機能ＩＣ
１２，２１，３１    実装基板
１３，２２，２３，３２，４１，５４，６１，６２    パッド
１４，３３，５５，５６，６３，６４    ボンディングワイヤ
５１    発光素子
５２    駆動回路
５３    ヒートシンク
１０１    フェライトビーズインダクタ
１０２，１４１    金属ブロック
１１１    半田クリーム
１３１    接続治具
１３２    抑え板
１４２    半田
１５１    ステージ
１５２    コレット
【図１】
2004228552.tif 000003
【図２】
2004228552.tif 000004
【図３】
2004228552.tif 000005
【図４】
2004228552.tif 000006
【図５】
2004228552.tif 000007
【図６】
2004228552.tif 000008
【図７】
2004228552.tif 000009
【図８】
2004228552.tif 000010
【図９】
2004228552.tif 000011
【図１０】
2004228552.tif 000012
【図１１】
2004228552.tif 000013
【図１２】
2004228552.tif 000014
【図１３】
2004228552.tif 000015