(57)【要約】      （修正有）【課題】受光素子やプリアンプ集積回路などを搭載した光モジュールの高さ方向に対する高さの増大を抑えるとともに、低温はんだ接合に起因する受光素子の長期的位置ズレを抑える。【解決手段】受光素子をキャリアに搭載し、プリアンプ集積回路やバイパスコンデンサ等を搭載する基板と別にし、且つ前記キャリアの受光素子の搭載面を６°〜８°斜めにする。受光素子を搭載したキャリア上に、電気的な抵抗を搭載することで、受光素子、プリアンプ集積回路間の実装による寄生素子を最適化し、良好な高周波数特性を確保する。受光素子が載るサブマウントに抵抗を載せることにより、電源−受光素子間配線のインダクタンス成分による周波数特性のピーキングを防ぐ。高温はんだを使用できる受光素子−サブマウントを、まずケースに取り付ける製造方法を取り、ケース、受光素子の相対的位置ずれを防ぎ、光結合の長期安定性を確保する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバーと、光入力の為の光ファイバーの光軸に対して傾斜面を有する第１の保持部材と、前記第１の保持部材の傾斜面に搭載された受光素子と、少なくとも電子部材を搭載する為の第２の保持部材とを有し、前記第１の保持部材、第２の保持部材とが別体にて当該光モジュールのパッケージ基体に配置されたことを特徴とする光受信モジュール。
【請求項２】
前記受光素子に直列に抵抗素子が接続され、且つ抵抗素子が前記第１の保持部材に搭載されていることを特徴とする請求項１に記載の光受信モジュール。
【請求項３】
前記第１の保持部材の前記傾斜面は、前記傾斜面に垂直な軸が光軸に対して５°〜９°であることを特徴とする請求項１に記載の光受信モジュール。
【請求項４】
前記第１の保持部材のパッケージ基体の底面からの高さが、第２の保持部材とこの第２の保持部材上に搭載された電子部材とを合わせた高さと略同一であることを特徴とする請求項１に記載の光受信モジュール。
【請求項５】
受光素子の搭載された第１の保持部材と所望電子部材の搭載された第２の保持部材とを別体にて準備し、第１の保持部材をパッケージ基体にはんだにて固着する工程、第２の保持部材を前記パッケージ基体にはんだにて固着する工程を有し、且つ
受光素子の搭載された第１の保持部材を前記パッケージ基体に固着する為のはんだの融点が、第２の保持部材を前記パッケージ基体に固着する為のはんだの融点より高温であり、
前記第１の保持部材をパッケージ基体にはんだにて固着する工程が、前記第２の保持部材を前記パッケージ基体にはんだにて固着する工程より先になされることを特徴とする光受信モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、光通信用の光受信モジュール及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまで、Ｇｂｉｔ／ｓ以上の超高速で信号を伝送する高速・広帯域な光受信モジュールに対して、次のような要請があった。即ち、光受信モジュールが受信した光の、当該光受信モジュールの入射端での反射による反射減衰量を所定値以下に確保しつつ、且つ受信感度を満足するために周波数応答特性を後段回路に対して最適化することである。反射減衰量として、例えばＩＴＵ−Ｔ（国際標準規格）では−２７ｄＢ以下と規定されている。
【０００３】
更に、周波数応答特性に影響を与える受光素子、プリアンプ回路、受光素子バイアス回路などの実装に起因する寄生素子を小さくする為、受光素子とプリアンプ回路はできるだけ近接して接続される方が好ましい。こうした観点から、これまで、光モジュールには、次のような対策が取られてきた。まず、受光素子とプリアンプ集積回路（ＰｒｅＡｍｐＩＣ）を極力近づけて配置し、バイパスコンデンサ、電源供給線を含めて同一基板上に実装することである。更に、基板及び光ファイバ先端を斜めに傾けることで、当該光ファイバー先端での光反射減衰量の対策を図ることである。こうした例は、例えば、特開平７−２９４７７６号公報にみることが出来る（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２９４７７６号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これまでの光モジュールでは、所定の受信した光の反射減衰量、受信感度を確保するために、受光素子やプリアンプ集積回路などを搭載した基板を、光に対して垂直に近い状態で立てて実装する形態を取るのが通例であった。この為、光モジュールの高さ方向に対して大きくなる、即ち、モジュールが大きくなる難点が存在する。
【０００６】
又、プリアンプ集積回路を実装する時の温度条件より、受光素子搭載の際のはんだ材が低温はんだでの接合となり、接合強度の観点で難点を有していた。即ち、光受信モジュールの長期的な使用においては、受光素子の位置ズレが発生するの難点も存在した。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明の骨子は次の通りである。即ち、第１点は、受光素子を搭載する第１の保持部材（キャリア、又サブマウントとも称する）と、プリアンプ集積回路やバイパスコンデンサ等を搭載する第２の保持部材（基板）と別体として、光モジュール用パッケージに実装する。このような形態によって、光モジュールの高さ方向に対する高さの増大を抑え、且つキャリアに搭載した受光素子のみを光に対して受光に有利な略垂直状態に実装することを可能にする。より具体的な例を示せば、前記キャリアの受光素子の搭載面を、光軸に対して垂直な面から５°〜９°、より好ましくは６°〜８°斜めにすることが実際的である。このような斜めの受光面を取ることで、低背化（即ち、小型化）と共に、従来と同等の光反射減衰量を確保することが可能となる。尚、この傾斜角は信号の強さを考慮して決定される。又、その設定誤差は１°程度である。
【０００８】
更に、受光素子を搭載したキャリア上に、電気的な抵抗を搭載することで、受光素子、プリアンプ集積回路間の実装による寄生素子を最適化し、従来と同等の高周波数特性を確保することを可能とする。こうして、本願発明によれば、反射減衰量を低減することが必要な受信モジュールにおいて、低背化と高周波特性を両立させることが出来る。受光素子が載るキャリアに抵抗を搭載し、電源−受光素子間配線のインダクタンス成分による周波数特性のピーキングを防ぐことが出来る。
【０００９】
又、高温はんだを使用できる受光素子−キャリアを、まずケースに取り付ける製造方法を取ることにより、ケース、受光素子の相対的位置ずれを防ぐことが出来る。本願発明に関する製造方法によれば、光結合の長期安定性を必要とする光モジュールを得ることが出来る。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明の光モジュールの第１の観点によれば、受信感度を確保しつつモジュールの小型化を図ることが出来る。
【００１１】
本願発明の光モジュールの第２の観点によれば、受信感度を確保しつつモジュールの小型化を図ると共に良好な高周波特性を実現することが出来る。
【００１２】
本願発明の製造方法によれば、光結合の安定性を長期に渡って確保することが出来る光モジュールを提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本願発明の代表的な光モジュールの、光軸に平行な面での断面図である。図２は、そのキャリア近傍の斜視図である。パッケージ基体６に、第１の支持部材（キャリア）２及び第２の支持部材（ベース）５が、各々別体として搭載されている。第１の保持部材の高さは第２の保持部材の高さとほぼ同等である。即ち、第２の保持部材上には後述する電子部品などが搭載されるが、第２の保持部材の高さとこれら電子部品の高さの合計と第１の保持部材の高さとが概ね同等に設定されるのが良い。更に、キャリア２の受光素子１を搭載する面１３は、光軸に対して垂直な面から、例えば６°〜８°傾斜を持っている。ベース５には、プリアンプ集積回路３及びその他の電子部品が搭載された電子部材基板４が配置される。尚、図では基板４に搭載された電子部品の図示は省略されている。電子部材基板４に搭載された電子部品の必要な配線は、外部取り出し端子３６からパッケージ基体６の外部に取り出される。通例、キャリア２はアルミナなどの絶縁物、電子部材基板４はセラミック、ベース５はメタル、パッケージ基体６はメタルが多用される。尚、キャリア上の受光素子１、プリアンプ集積回路３及びその他の電子部品のそれぞれはワイヤ（通例、金ワイヤが用いられる）１２によって接続されている。
【００１４】
一方、光が導入される側は、通例の受光素子を有する光モジュールと同等である。その構成例は、光が導入される側に、レンズ７が配置される。レンズ７は光を集光し受光素子に照射するためのものである。レンズ７は、通例レンズフォルダ８に装着されて、パッケージ基体６の所定位置に機械的に固定される。レンズ７には、光ファイバを保持に且つ光を射出するフェルール９が光軸を考慮して配置される。フェルール９はフェルールフォルダ１０に装着されている。各々の固定方法としては接着剤、ＹＡＧ溶接等が一般的に用いられる。
【００１５】
図２の斜視図を用いて、第１の支持部材（キャリア）２及び第２の支持部材（ベース）５の構成例について、より具体的に説明する。
【００１６】
受光素子１は、キャリア２を介してパッケージ基体６に接着固定される。キャリア２上には、受光素子１への接続用の導体パターン１９が予め形成されている。受光素子１とキャリア２の接続方法としては、接続用ワイヤを用いて行う場合と裏面入射型受光素子をキャリアへ接着することにより成される場合がある。
【００１７】
ベース５には、電子部材基板４（図２では、例えば、バイパスコンデンサ１１がこれに相当する）、プリアンプ集積回路３等を搭載され、電気信号をモジュール外部に伝達する。プリアンプ集積回路３及び電子部材基板４のグランドは、スルーホール若しくは、ワイヤその他の方法によりベース５に直流的に接続される。ベース５は、はんだ等によりパッケージ基体６に接着固定されると共に直流的に接続される。ベース５には、電源電極パターン１７、接地（ＧＮＤ）電極パターン１８が形成されており、更に、通例、バイパスコンデンサ１１及び接地（ＧＮＤ）電極パターン１８上に接地（ＧＮＤ）接続直列抵抗１２とが配置される。
【００１８】
キャリアの導体パターン１９とプリアンプ集積回路３、プリアンプ集積回路３と電子部材基板４、電子部材基板４とパッケージ基体６の出力部は、各々Ａｕワイヤなどにより電気的に接続される。金ワイヤ接続に関しては、図１では模式的に同一符号１２で示されるが、より詳しい例を示せば図２の如くである。例えば、キャリア上の導体パターン１９とプリアンプ集積回路３とが金ワイヤ１５、キャリア上の導体パターン１９とバイパスコンデンサ１１とが金ワイヤ１６、バイパスコンデンサ１１とＧＮＤ接続直列抵抗１２とが金ワイヤ１４、及びバイパスコンデンサ１１と電源電極パターン１７とが金ワイヤ１３によって接続されている。尚、ここでは、前記電子部材基板４が具体的なバイパスコンデンサ１１として例示されている。勿論、これは一例で、必要に応じて他の電子部材などが接続されることもある。
【００１９】
次に、図１を参酌して、光学的構成の例について説明する。光は、コア径１０μｍφのシングルモードファイバ２１を通り、８°の斜め研磨されているフェルール９の端面から出射される。コアガラスの屈折率を１．５とすると、フェルール９の端面から出射される光線は約５度傾いている。フェルール９の端面を、垂直な軸ベクトルのケース上方成分（Ｚ成分）が最大になるように向けると、光線はパッケージ基体６の下向きに屈折して出射される。
【００２０】
高周波用の受光素子は容量を小さくするために、受光径を小さくする必要がある。１０Ｇｂ／ｓ以上の高周波に対応するためには、２５μｍφ〜２０μｍφ以下の受光径の素子が使用される。この受光素子と光学結合をとるためにはガウシャンビーム（Ｇａｕｓｓｉａｎ  Ｂｅａｍ）のビームウエスト径を１５μｍφまで絞り込まなければならない。１／４ピッチのレンズ７を使用すると、フェルール９からレンズ７までの距離を１．５ｍｍ、レンズ７から受光素子１までの距離を１．５ｍｍとすると達成できる。この光学系において、受光素子１を傾けない場合、光反射減衰量の目標を−２７ｄＢとすると約５０％のモジュールしか目標を達成することができない。受光素子１の搭載されたキャリア２は、面に垂直な軸ベクトルが、Ｙ軸に対して、例えば６°〜８°パッケージ基体６の上を向く様に、受光素子搭載用の面を傾けた構造をとる。尚、ここで、基板面に平行な軸をＸ軸、基板面に垂直な軸をＹ軸とする。以上詳細に説明した本願発明によって、製造バラツキを考慮にいれても、９９％以上の光モジュールが光反射減衰量の目標を達成することができる。
【００２１】
光学結合については、キャリア２の受光素子搭載面１３をθ°傾けることによって受光径がｃｏｓθ倍になったことと等化である。θ°が７°だとすると受光径のＺ成分が０．９９倍に縮まったと考えられる。ビームウエストに較べて受光径の方が大きいので光学結合の劣化はない。
【００２２】
次に、本願発明の光モジュールの製造方法を説明する。図５より図９まではその主要工程を例示する断面図である。尚、前述の図１が完成図である。
【００２３】
受光素子搭載用の面１３が、前述のようにその軸ベクトルがＹ軸に対して６°〜８°傾いたキャリア２を準備する。そして、この受光素子搭載用の面１３に、受光素子１をＡｕ／Ｓｎハンダ３１にて固定する（図３）。一方、電子部材基板４をベース５にＳｎ／Ａｇハンダ３２にて固定する（図２）。こうして準備したキャリア２及び電子部材基板４を各々パッケージ基体６に搭載する（図５、図６）。この場合、キャリア２に対してはＳｎ／Ａｇハンダ３３、電子部材基板４に対してはＩｎ／Ｐｂ／Ａｇハンダ３４を用いた。
【００２４】
この場合、高温はんだを使用できる、受光素子が搭載されたキャリアをパッケージ基体６に取り付ける工程を、低温はんだを使用した電子部材基板などの取り付け工程よりも早い段階で行うことが肝要である。このことによって、前述したように、ケース、受光素子の相対的位置ずれを防ぐことが出来、結果として、光結合の長期安定性を必要とする光モジュールを提供することが出来る。尚、高温はんだの融点は概ね２３０度以上、低温はんだの融点は１５０度から１８０度程度が一般的である。
【００２５】
次いで、プリアンプ集積回路３をベース５に、Ａｇシアネート３５を用いて搭載する（図７）。キャリア２、プリアンプ集積回路３、集積回路基板４、及びパッケージ基体６の所望個所を、前述したようにＡｕワイヤで接続し（図８）、パッケージ基体６にキヤップ２２をシーム溶接する（図９）。こうして、受光素子側の構成が完成する。
【００２６】
次いで、このパッケージ基体６にレンズフォルダー８を接続する。この場合、パッケージ基体６とレンズフォルダー８、レンズフォルダー８とフェルールフォルダ１０、及びフェルールフォルダ１０とフェルール９は、各々が通例レーザ溶接される。尚、パッケージ基体６内部には通例窒素ガスが封入される。これらの工程は通例の技術で十分である。こうして、図１に示す光モジュールが完成する。
【００２７】
次に、光モジュールの周波数特性について、そのシミュレーション結果を例示する。即ち、高周波特性改善のため、受光素子が載るサブマウントに抵抗を載せ、電源−受光素子間配線のインダクタンス成分による周波数特性のピーキングを防ぐことが出来る。
【００２８】
図１１は、本発明の構造例の等価回路を示すものである。受光素子１がプリアンプ集積回路２に接続される状態を示すが、この間の電気的要素は図２の例の符号の部位に相当する。寄生インダクタンスの例は次の通りである。バイパスコンデンサ１１とバイアス電源電極パターン１７との接続用ワイヤ１３による寄生インダクタンスＬ１、バイパスコンデンサ１１とキャリア上の接続用導体パターン１９との接続用ワイヤ１６による寄生インダクタンスＬ２、プリアンプ集積回路２とキャリア上の接続用導体パターン１９との接続用ワイヤ１５による寄生インダクタンスＬ３である。他方、抵抗に関しては、バイパスコンデンサ１１の接地への接続直列抵抗１２がＲ１、受光素子１に接続されるキャリアア上の抵抗１０がＲ２と示される。尚、符号４０は受光素子用のバイアス電源、符号３７は受光素子１の接合容量Ｃ１、符号６はバイパスコンデンサのキャパシタンスＣ２，符号８はプリアンプ集積回路２の入力端子容量Ｃ３を示している。
【００２９】
図１１にこうした構成例の周波数特性を示す。横軸は周波数、縦軸は出力（相対値）である。特性を示す曲線のパラメータは抵抗Ｒ２（受光素子１に接続されるキャリアア上の抵抗１０）である。１ｍ  ｏｈｍ及び７５  ｏｈｍ（オーム）でのシミュレーション結果が示されている。この例に見られるように、抵抗Ｒ２が７５オームの場合に周波数特性がほぼ平坦化できることを示している。周波数改善のための抵抗の配置が有用なことを示している。
【００３０】
尚、図１２にこれまでの光受信モジュールの等価回路の例を示す。図面では、図１１と同一の部分は同一の符号で示した。キャリア及び基板上の電極パターンに起因する寄生容量について詳細表示が省略されているが、図１１に示す本願発明での例に比較し、受光素子１に接続されるキャリアア上の抵抗１０が存在しないことに起因して、高周波領域でダンピングを発生する。
【００３１】
このように、周波数特性に影響を与える実装起因の寄生素子を小さくする為、受光素子とプリアンプ集積回路を極力近づけて搭載するのみの従来技術に比べて、受光素子を搭載するキャリアとプリアンプ集積回路を搭載する基板とを別体にすること、並びにキャリア上に抵抗を搭載することで寄生素子の最適化を行い不要なピーキング、ディップを抑制して良好な高周波特性を確保することが出来る。
【００３２】
又、受光素子をキャリアに搭載し、プリアンプ集積回路の搭載用基板と別にすることで、プリアンプ集積回路の実装時の温度条件によるはんだ材の問題がなくなり、キャリア搭載を高温はんだにて行うことが可能となる。一般的には低温はんだによる接合と高温はんだによる接合では長期的な位置ズレ量に差があることが知られている。本願発明においては、高温はんだを使用することにより長期的位置ズレを防ぐことができ、信頼性向上を図ることが出来た。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明の光モジュールの例の光軸に平行な面での断面図である。
【図２】図２は、本発明の光モジュールのキャリアと集積回路用基板との例の斜視図である。
【図３】図３は、本発明の光モジュールの製造工程に従った光モジュール用部材の断面図である。
【図４】図４は、本発明の光モジュールの製造工程に従った別な光モジュール用部材の断面図である。
【図５】図５は、本発明の光モジュールの製造工程に従ったパッケージ基体への組み立てを例示する断面図である。
【図６】図６は、本発明の光モジュールの製造工程に従ったパッケージ基体への組み立てを例示する断面図である。
【図７】図７は、本発明の光モジュールの製造工程に従ったパッケージ基体への組み立てを例示する断面図である。
【図８】図８は、本発明の光モジュールの製造工程に従ったパッケージ基体への組み立てを例示する断面図である。
【図９】図９は、本発明の光モジュールの製造工程に従ったパッケージ基体への組み立てを例示する断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の光モジュールの等価回路図である。
【図１１】図１０は、本発明の光モジュールの周波数特性の例を示す図である。
【図１２】図１２は、従来の光モジュールの等価回路図である。
【符号の説明】
【００３４】
１：受光素子、２：第１の支持部材（キャリア）、３：プリアンプ集積回路、４：集積回路用基板、５：第２の支持部材（ベース）、６：パッケージ基体、７：レンズ、８：レンズフォルダ、９：フェルール、１０：フェルールフォルダ、１１：バイパスコンデンサ、１２：Ａｕワイヤ、１３：受光素子の搭載面、１４、１５、１６、１７：金ワイヤ、１８：接地用電源パターン、１９：キャリア上の導体パターン、２２：キャップ、３１：ハンダ、３２：ハンダ、３３：ハンダ、３４：ハンダ、３５：Ａｇシアネート、３６：外部取り出し端子、３７：バイパスコンデンサの接合容量、４０：受光素子用バイアス電源。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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