(57)【要約】【課題】  様々な電源端子配置の増幅器に対してリードピンの配置を変更することなく最小限の部品点数で製造することの可能な光受信モジュールを提供する。【解決手段】  光受信サブアセンブリ１００は、受光素子２０を搭載するメタライズ基板１５と、受光素子の出力信号を増幅する増幅器２２を有する。メタライズ基板は、誘電体基板２８を含んでおり、その上面には、第１電極１６、第２電極１７、パッド電極１８及び抵抗１９が形成されている。受光素子の下面は、第１電極にダイボンドされる。パッド電極は、抵抗を介して第１電極に接続されると共に、ワイアリングによって第１のリードピン１４に接続される。第２電極１７は、ワイアリングによって増幅器の電源端子に接続されると共に、ワイアリングによって第２のリードピン１３に接続される。【選択図】  図３
2007242708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面及び下面に一対の電極を有し、前記上面に入射した光信号を電気信号に変換する受光素子と、
前記受光素子を搭載するメタライズ基板と、
前記受光素子から前記電気信号を受けて増幅する増幅器と、
前記増幅器及び前記メタライズ基板を搭載する導電性のステムと、
前記ステムを貫通し、前記ステムから絶縁された第１及び第２のリードピンと、
を備える光受信サブアセンブリであって、
前記メタライズ基板は、誘電体基板を含んでおり、該誘電体基板の上面には、
第１の抵抗体と、
前記受光素子の下面がダイボンドされる受光素子接続用電極と、
前記第１の抵抗体を介して前記受光素子接続用電極に接続されると共に、ワイアリングによって前記第１のリードピンに接続される受光素子外部接続用電極と、
ワイアリングによって前記増幅器の電源端子に接続されると共に、ワイアリングによって前記第２のリードピンに接続される増幅器電源端子用電極と、
が形成されている、光受信サブアセンブリ。
【請求項２】
前記誘電体基板の上面には、前記受光素子接続用電極、前記第１の抵抗体及び前記受光素子外部接続用電極が形成された領域と前記増幅器電源端子用電極との間に延在するシールド電極が更に形成されており、該シールド電極は、ワイアリングによって前記ステムに接続されている、請求項１に記載の光受信サブアセンブリ。
【請求項３】
前記増幅器電源端子用電極は、
ワイアリングによって前記増幅器電源端子に接続された第１の部分と、
前記第１の部分から離間し、ワイアリングによって前記第２のリードピンに接続された第２の部分と、
を含んでおり、
前記誘電体基板の上面には、前記第１及び第２の部分の間に接続された第２の抵抗体が更に形成されている、請求項１または２に記載の光受信サブアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、受光素子及び増幅器を内蔵する光受信サブアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信に用いられる光受信器は、光電気変換を行う光受信サブアセンブリ（Receiver Optical Sub-Assembly：ＲＯＳＡ）と、サブアセンブリの出力を増幅したり、光受信器全体を監視及び制御したりするメイン回路を含むのが普通である。サブアセンブリの構造は、例えば、下記の特許文献１に開示されている。サブアセンブリは、受光素子とトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）を内蔵しており、受光素子によって光から変換された微弱な電流をＴＩＡによって増幅して、サブアセンブリ外に出力する。サブアセンブリ自体は非常に小さいものであり、通常は、直径４ｍｍ〜６ｍｍ程度のステム上に受光素子、ＴＩＡ、受光素子のバイアスライン用のフィルタ部品などが実装されている。
【特許文献１】特開平７−３１２４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＴＩＡの仕様はＴＩＡを搭載するチップによってまちまちであり、チップ上の電源端子の位置も共通化されていない。一方、サブアセンブリの後段に接続されるメイン回路基板のレイアウト変更は量産化の妨げになるので、サブアセンブリのリードピンの配置は共通化することが望ましい。このため、ＴＩＡチップによっては、ＴＩＡの電源端子に接続されるワイアを、実装面積の小さなステム上で引き回し、追加の実装部品を使用して所定のリードピン配置を実現せざるを得ない場合がある。
【０００４】
例えば、図１に示されるように、ＴＩＡ２２の電源端子２４が、電源電圧用のリードピン１３の比較的近くに配置されていれば、追加の実装部品を使用する必要はない。しかし、図２に示されるように、ＴＩＡ２２の電源端子２４がリードピン１３から遠い場合は、メタライズ基板３５を追加して実装を行う必要がある。しかし、サブアセンブリ内でワイアを引き回すためにメタライズ基板を追加することは、部品コスト及び実装コストを削減する点からは望ましくない。
【０００５】
そこで、本発明は、様々な電源端子配置の増幅器に対してリードピンの配置を変更することなく最小限の部品点数で製造することの可能な光受信モジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る光受信サブアセンブリは、上面及び下面に一対の電極を有し、この上面に入射した光信号を電気信号に変換する受光素子と、受光素子を搭載するメタライズ基板と、受光素子から電気信号を受けて増幅する増幅器と、増幅器及びメタライズ基板を搭載する導電性のステムと、ステムを貫通し、ステムから絶縁された第１及び第２のリードピンとを備えている。メタライズ基板は、誘電体基板を含んでいる。この誘電体基板の上面には、第１の抵抗体と、受光素子の下面がダイボンドされる受光素子接続用電極と、第１の抵抗体を介して受光素子接続用電極に接続されると共に、ワイアリングによって第１のリードピンに接続される受光素子外部接続用電極と、ワイアリングによって増幅器の電源端子に接続されると共に、ワイアリングによって第２のリードピンに接続される増幅器電源端子用電極とが形成されている。
【０００７】
増幅器の電源端子と第２のリードピンとの間に増幅器電源端子用電極を配置することで、ワイアの引き回しが容易になる。このため、様々な電源端子配置の増幅器に対して、リードピンの配置を変更することなくワイアリングを適切に行うことができる。この増幅器電源端子用電極は、受光素子を搭載するメタライズ基板上に形成されるので、追加の実装部品をステム上に設置する必要はない。したがって、本発明に係る光受信モジュールは、最小限の部品点数で製造することができる。
【０００８】
誘電体基板の上面には、受光素子接続用電極、第１の抵抗体及び受光素子外部接続用電極が形成された領域と増幅器電源端子用電極との間に延在するシールド電極が更に形成されていてもよい。このシールド電極は、ワイアリングによってステムに接続されている。
【０００９】
メタライズ基板に含まれる誘電体基板の厚さによっては、増幅器電源端子用電極と受光素子接続用電極とが容量性結合をしてしまう可能性がある。しかしながら、上記のシールド電極は、増幅器電源端子用電極を第１の抵抗体、受光素子接続用電極及び受光素子外部接続用から遮蔽し、それによって、増幅器電源端子用電極と受光素子接続用電極との直接の容量性結合を防ぐ。これにより、この容量性結合に伴う様々な不都合を回避することができる。
【００１０】
増幅器電源端子用電極は、ワイアリングによって増幅器の電源端子に接続された第１の部分と、この第１の部分から離間し、ワイアリングによって第２のリードピンに接続された第２の部分とを含んでいてもよい。誘電体基板の上面には、第１及び第２の部分の間に接続された第２の抵抗体が更に形成されていてもよい。
【００１１】
第２の抵抗体は、増幅器の電源ラインに挿入されたダンピング抵抗として機能する。このダンピング抵抗は、増幅器電源端子用電極及びステム間の静電容量とワイアのインダクタとからなるフィルタのフィルタリング効果を高める。この結果、増幅器に供給される電源電圧から高周波ノイズが良好に除去される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、様々な電源端子配置の増幅器に対してリードピンの配置を変更することなく最小限の部品点数で製造することの可能な光受信モジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
第１実施形態
図３は、第１の実施形態に係る光送信サブアセンブリ１００のステム上面を示す平面図である。ステム１０は、円板状の導電体であり、そこにはリードピン１１〜１４が取り付けられている。リードピン１１〜１４はステム１０を貫通しており、それらの先端はステム１０の上面から突出している。ステム１０とリードピン１１〜１４との間には絶縁性のシールガラスが介在しているので、ステム１０とリードピン１１〜１４とは絶縁されている。
【００１５】
ステム１０の上面には、メタライズ基板１５及びトランスインピーダンスアンプ（以下、「ＴＩＡ」）２２が実装されている。一般に、メタライズ基板は、その基体である誘電体基板と、誘電体基板の上面に全面的または部分的に形成された電極と、誘電体基板の下面を全面的に覆うベタのメタライズ電極とを有している。
【００１６】
図４は、メタライズ基板１５を示す平面図であり、ここで、（ａ）はメタライズ基板１５の上面、（ｂ）は下面を示している。メタライズ基板１５は、誘電体基板２８をその基体として含んでいる。誘電体基板２８の上面には、第１の電極１６、第２の電極１７、パッド電極１８及びダンピング抵抗１９が形成されている。また、誘電体基板２８の下面は、ベタのメタライズ電極２７によって全面的に覆われている。第１の電極１６は、ダンピング抵抗１９を介してパッド電極１８に接続されている。パッド電極１８は、ワイア４０を介してリードピン１４に接続されている。第２の電極１７は、第１の電極１６、パッド電極１８及びダンピング抵抗１９から離間しており、したがって、これらから絶縁されている。
【００１７】
メタライズ基板１５の上面への電極形成方法は次の通りである。まず、誘電体基板２８への接着性に優れたＮｉＣｒ、Ｔｉ、Ｍｏなどの材料からなる金属薄膜を誘電体基板２８の上面に部分的に形成する。この形成には、マスク法かエッチング法が用いられる。その後、得られた金属薄膜上において電極に相当する部分を、ワイアリングが容易で電気抵抗の小さな金属（例えばＡｕ）でメッキする。これにより、電極１６、１７及び１８が形成される。メッキされなかった箇所は、電気抵抗が大きいので、ダンピング抵抗１９となる。
【００１８】
メタライズ基板１５の第１電極１６上には、受光素子としてフォトダイオード（以下、「ＰＤ」）２０が実装される。ＰＤ２０はチップ状であり、その上面にはアノードまたはカソードの一方が設けられ、その下面の全面はアノードまたはカソードの他方によって覆われている。ＰＤ２０は、その上面に入射した光信号を電気信号に変換する。ＰＤ２０の下面は、第１電極１６にダイボンドされ、それにより、ＰＤ２０の下面の電極が第１電極１６に接続される。上述のように第１電極１６はリードピン１４に電気的に接続されており、ＰＤ２０の駆動に必要なバイアス電圧は、リードピン１４からパッド電極１８、ダンピング抵抗１９及び第１電極１６を介してＰＤ２０に印加される。
【００１９】
なお、メタライズ基板１５は、ＰＤ２０の下面の電極（すなわち、バイアス端子）とステム１０（すなわち、グラウンド電位）との間に挿入されるコンデンサの役割も持っている。
【００２０】
ＴＩＡ２２は、ＰＤ２０から出力される電気信号を受けて増幅する。光通信で使用される光受信器では、サブアセンブリ１００にメイン回路が接続されるが、このメイン回路は、この増幅された電気信号を更に増幅する増幅器を含んでいる。ＴＩＡ２２は、これら一連の増幅器のうち初段の増幅器である。
【００２１】
ＴＩＡ２２は、チップ状であり、その上面に四つの端子電極２３〜２６を有している。端子電極２３は、ＰＤ２０から電気信号を受け取るための端子であり、ワイア４１を介してＰＤ２０の上面の電極に接続されている。
【００２２】
端子電極２４は、電源電圧を受けるための電源端子であり、ワイア４２を介してメタライズ基板１５上の第２電極１７に接続されている。第２電極１７は、別のワイア４３を介してリードピン１３にも接続されている。こうして端子電極２４に電気的に接続されたリードピン１３は、サブアセンブリ１００外の電源に接続され、ＴＩＡ２２に電源電圧を供給する。
【００２３】
端子電極２５及び２６は、ＴＩＡ２２によって増幅された電気信号を出力するための差動出力端子であり、ここで、端子電極２５は正相出力端子、端子電極２６は逆相出力端子である。端子電極２５及び２６は、それぞれリードピン１１及び１２にワイアリングによって接続されている。ＴＩＡ２２によって増幅された電気信号は、リードピン１１及び１２から出力される。
【００２４】
ステム１０の上面には、リードピン１１〜１４の先端、メタライズ基板１５及びＴＩＡ２２を覆うレンズ付きキャップ（図示せず）が設置されている。光受信サブアセンブリ１００は、ＰＤ２０の受光部に光学的に接続された光ファイバ（図示せず）と、その光ファイバの先端を保持するフェルール（図示せず）を更に有している。このフェルールは、ステム１０またはキャップに固定されたスリーブ（図示せず）に収容されている。ＰＤ２０は、この光ファイバによって伝送される光信号を受けて電気信号に変換する。
【００２５】
上述のように、ＴＩＡ２２に並置されるメタライズ基板１５上には、ＰＤ２０のバイアスライン用の第１電極１６に加えて、ＴＩＡ２２の電源ライン用の第２電極１７が設けられている。本実施形態では、端子電極２４をリードピン１４に直接ワイアボンドするのではなく、端子電極２４と電極１７、電極１７とリードピン１４を、それぞれ別個のワイア４２、４３によって接続する。これにより、端子電極２４の位置にかかわらず、ワイア同士が交差したり、ワイアがＰＤ２０の受光部の上方を跨いだりすることなく、ワイアを配線することが可能になる。なお、ワイアの交差は、サブアセンブリ１００の信頼性を低下させる。また、ワイアが受光部の上方を跨ぐことは、ＰＤ２０が受光可能な光信号パワーを低下させる。
【００２６】
比較のため、従来のメタライズ基板の一例を図５に示す。ここで、（ａ）は、従来のメタライズ基板５５の上面、（ｂ）は下面を示している。従来技術では、ＰＤ２０にバイアス電圧を印加するための電極１６、パッド電極１８及びダンピング抵抗１９が、誘電体基板２８の上面のほぼ全面に形成されている。
【００２７】
これに対し、本実施形態で使用されるメタライズ基板１５では、メタライズ基板１５の上面の二箇所に、受光素子２０へのバイアス電圧印加用の電極１６と、ＴＩＡ２２への電源電圧印加用の電極１７が形成される。メタライズ基板１５は、上面用のメタルマスクを変更すれば、従来のメタライズ基板５５と同じ方法で製造できる。したがって、メタライズ基板１５の製造コストは、従来のメタライズ基板５５とまったく同じである。
【００２８】
このように、端子電極２４とリードピン１３との間に第２電極１７を配置することで、ワイアの引き回しが容易になる。このため、様々な電源端子配置のＴＩＡに対して、リードピン１１〜１４の配置を変更することなくワイアリングを適切に行うことができる。第２電極１７は、ＰＤ２０を搭載するメタライズ基板１５上に形成されるので、追加の実装部品をステム１０上に設置する必要はない。したがって、光受信モジュール１００は、最小限の部品点数で製造することができる。
【００２９】
また、別の利点としては、メタライズ基板１５上の第２電極１７をリードピン１３にワイアボンドすることで、ＴＩＡ２２の電源用のフィルタが形成されることが挙げられる。電極１７は、ステム１０（グラウンド電位）に誘電体基板２８を介して容量性結合される。電極１７とステム１０との間の静電容量は、ワイア４３のインダクタとＬＣフィルタを構成する。これにより、大きなフィルタリング効果が得られ、ＴＩＡ２２に供給される電源電圧から高周波ノイズを適切に除去することができる。
【００３０】
第２実施形態
図６は、第２の実施形態に係る光送信サブアセンブリ１００ａのステム上面を示す平面図である。図７は、この光送信サブアセンブリ１００ａで使用されるメタライズ基板１５ａを示す平面図であり、ここで（ａ）はメタライズ基板１５ａの上面、（ｂ）は下面を示している。
【００３１】
第１実施形態では、メタライズ基板１５の厚さによっては、ＰＤ２０用のバイアスラインとＴＩＡ２２用の電源ラインとが容量性結合をしてしまう可能性がある。ＴＩＡ２２は電源ラインにノイズを誘起するが、バイアスラインと電源ラインが結合すると、そのノイズがＰＤ２０の接合容量を介してＴＩＡ２２の入力端子、すなわち端子電極２３に入力されるおそれがある。また、ＴＩＡ２２が電源ラインにノイズを誘起しなくても、バイアスラインと電源ラインが結合すると、一種の帰還回路が形成され、系が発振するおそれがある。
【００３２】
これらの不都合を避けるため、第２実施形態では、シールド電極として、導電性のガードパターン３０をメタライズ基板１５ａ上に形成する。このガードパターン３０は、方形のパッド部３０ａと、そのパッド部３０ａから延在する細長い延長部３０ｂを有している。パッド部３０ａは、ワイア３２によってステム１０に接続されている。パッド部３０ａ及び延長部３０ｂは、第１電極１６、ダンピング抵抗１９及びパッド電極１８が形成された領域と第２電極１７との間に延在する。
【００３３】
このように、ガードパターン３０は、第２電極１７を３方向から取り囲み、それによって第２電極１７を、第１電極１６、ダンピング抵抗１９及びパッド電極１８から遮蔽する。この結果、電極１６及び１７間の直接の容量性結合を防ぎ、上記の様々な不都合を回避することができる。
【００３４】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００３５】
第１及び第２実施形態では、ＰＤ２０のバイアスライン上にしかダンピング抵抗が設けられていないが、ＴＩＡ２２の電源ラインにもダンピング抵抗を設けることは容易である。具体的には、第２電極１７を互いに離間した二つの部分として形成し、一方の部分をワイアリングによって端子電極２４に接続し、他方の部分をワイアリングによってリードピン１３に接続する。更に、これら二つの部分の間に接続されたダンピング抵抗をメタライズ基板１５または１５ａの上面に形成する。このようにＴＩＡ２２の電源ライン上にダンピング抵抗を挿入することで、より大きなフィルタリング効果が得られる。その結果、ＴＩＡ２２に供給される電源電圧から高周波ノイズを更に除去することができる。
【００３６】
上記実施形態では、受光素子としてフォトダイオード、増幅器としてトランスインピーダンスアンプを使用するが、他の受光素子や増幅器を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来の光送信サブアセンブリのステム上面を示す平面図である。
【図２】従来の光送信サブアセンブリのステム上面を示す平面図である。
【図３】第１実施形態に係る光送信サブアセンブリのステム上面を示す平面図である。
【図４】第１実施形態に係るメタライズ基板の上面及び下面を示す平面図である。
【図５】従来のメタライズ基板の上面及び下面を示す平面図である。
【図６】第２実施形態に係る光送信サブアセンブリのステム上面を示す平面図である。
【図７】第２実施形態に係るメタライズ基板の上面及び下面を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０…ステム、１１〜１４…リードピン、１５、１５ａ…メタライズ基板、１６…第１電極、１７…第２電極、１８…パッド電極、１９…ダンピング抵抗、２０…受光素子、２３〜２６…端子電極、２７…メタライズ電極、２８…誘電体基板、３０…ガードパターン、３２…ワイア、３５…メタライズ基板、４０〜４３…ワイア、５５…メタライズ基板、１００、１００ａ…光受信サブアセンブリ
【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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