(57)【要約】【課題】本発明は、光受信モジュールにおいて電気信号を出力するための伝送線路の周波数特性を改善することを目的とする。【解決手段】本発明の光受信モジュールは、貫通孔が設けられたステムと、上記貫通孔を貫通したリードと、上記リードと接続される、光信号を電気信号に変換するための受光素子と、上記受光素子の出力信号を増幅する増幅器と、上記リードの上記受光素子が接続される側ともう一方の側に、上記増幅器によって増幅された電気信号を伝送する伝送線路が形成されたフレキシブル基板が接続される構造を有する光受信モジュールにおいて、上記フレキシブル基板に形成された伝送線路が、線路幅が異なることにより、特性インピーダンスの異なる複数（Ｎ≧２）の伝送線路の直列接続により形成された差動信号伝送線路であり、上記差動信号伝送線路は、２本の同じ形状であることを特徴とする。【選択図】図３
2013229801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔が設けられたステムと、
前記貫通孔を貫通したリードと、
前記リードと接続される、光信号を電気信号に変換するための受光素子と、
前記受光素子の出力信号を増幅する増幅器と、
前記リードの前記受光素子が接続される側のもう一方の側に接続される、前記増幅器によって増幅された電気信号を伝送する伝送線路が形成されたフレキシブル基板と
を備える光受信モジュールにおいて、
前記フレキシブル基板に形成された伝送線路が、線路幅が異なることにより、特性インピーダンスの異なる複数（Ｎ≧２）の伝送線路の直列接続により形成された差動信号伝送線路であり、
前記差動信号伝送線路は、２本の同じ形状であることを特徴とする光受信モジュール。
【請求項２】
前記フレキシブル基板に形成された伝送線路が、線路幅が異なることにより、特性インピーダンスの異なる２段の伝送線路の直列接続により形成された差動信号伝送線路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３】
前記フレキシブル基板に形成された伝送線路が、線路幅が異なることにより、特性インピーダンスの異なる３段以上の伝送線路の直列接続により形成された差動信号伝送線路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】
光信号を電気信号に変換するための受光素子と、
前記受光素子の出力信号を増幅する増幅器とを含む光受信モジュールと、
該光受信モジュールを搭載する基板とを備えた光受信機において、
該光受信モジュールが請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光受信モジュールであることを特徴とする光受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムにおいて使用する光受信モジュール及び光受信機に関するものであり、特にフレキシブル基板を有する光受信モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速大容量の光通信システムが家庭等のアクセス系ネットワーク層にも普及することにより、光通信システムを構成する装置について高速大容量性のみならず、より小型で安価なことが求められている。
【０００３】
特許文献１、２には、光通信システムを構成する装置で使用されている従来の光受信モジュールの構成例が示されている。小型で安価な光受信モジュールでは、受光素子（半導体フォトダイオード）と、プリアンプ（トランスインピーダンスアンプ）がステムと呼ばれる台座の上面に搭載されたＣＡＮ型パッケージに収容されており、光受信モジュールと電子集積回路等を実装した回路基板とがフレキシブル基板により接続されて、１つの光トランシーバ筐体内に収容される。
【０００４】
ＣＡＮ型パッケージの光受信モジュールでは、受光素子によって光／電気変換された電気信号をプリアンプで増幅し、接続されているリードピンを通じて出力する。このリードピンは、ステムに設けられている貫通孔を貫通した状態でガラスなどの絶縁封止材で固定される。貫通孔を貫通している部分のリードピンは、同軸線路として機能するため、高周波伝送線路としての特性インピーダンスは、リードピンやステムの材質の他に、ピン径と貫通孔径との比や封止材の誘電率等によって決定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３６２３１４４号明細書
【特許文献２】特開２００７−４３４９６号公報
【特許文献３】特開２００７−２０８６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ガラスは、一般的に比誘電率が高いことから、貫通孔の位置でガラス封止材により固定されたリードピンは容量性を帯び、伝送線路としての特性インピーダンスが低くなる。このため、プリアンプの出力インピーダンスや光受信モジュールと接続されるフレキシブル基板の伝送線路の特性インピーダンス、フレキシブル基板と接続される回路基板の入力インピーダンスを所望の値（典型的には５０Ω）に設定しても、貫通孔の部分でリードピンの特性インピーダンス不整合が生じ、伝送特性が劣化してしまう。
【０００７】
また、同一の封止材で貫通孔の部分の特性インピーダンスを高くするためには、ピン径に対する貫通孔径の比を大きくする必要があるが、これはステム径の大型化を招くため、光受信モジュールを小型化できないという問題があった。
【０００８】
この問題を解決する手段として、特許文献３のように、光受信モジュールを搭載する回路基板上において、光受信モジュールのフレキシブル基板接続部とポストアンプとの間に周波数特性補償回路を導入する方法があるが、回路基板の大型化や搭載部品数増大によるコスト増を招くという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、光受信モジュールにおいて電気信号を出力するための伝送線路の周波数特性を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る光受信モジュールは、貫通孔が設けられたステムと、上記貫通孔を貫通したリードと、上記リードと接続される、光信号を電気信号に変換するための受光素子と、上記受光素子の出力信号を増幅する増幅器と、上記リードの上記受光素子が接続される側のもう一方の側に接続される、上記増幅器によって増幅された電気信号を伝送する伝送線路が形成されたフレキシブル基板とを備える光受信モジュールにおいて、上記フレキシブル基板に形成された伝送線路が、線路幅が異なることにより、特性インピーダンスの異なる複数（Ｎ≧２）の伝送線路の直列接続により形成された差動信号伝送線路であり、上記差動信号伝送線路は、２本の同じ形状であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項２に係る光受信モジュールは、上記フレキシブル基板に形成された伝送線路が、線路幅が異なることにより、特性インピーダンスの異なる２段の伝送線路の直列接続により形成された差動信号伝送線路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。
【００１２】
本発明の請求項３に係る光受信モジュールは、上記フレキシブル基板に形成された伝送線路が、線路幅が異なることにより、特性インピーダンスの異なる３段以上の伝送線路の直列接続により形成された差動信号伝送線路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。
【００１３】
また上記課題を解決するために、本発明の請求項４に係る光受信機は、光信号を電気信号に変換するための受光素子と、上記受光素子の出力信号を増幅する増幅器とを含む光受信モジュールと、該光受信モジュールを搭載する基板とを備えた光受信機において、該光受信モジュールが請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光受信モジュールであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、フレキシブル基板に形成された特性インピーダンスの異なる複数（Ｎ≧２）の伝送線路の直列接続により、ＣＡＮ型パッケージ光受信モジュールのリードピンの部分で生じる特性インピーダンス不整合を補償する。このため光受信モジュールの大型化、コストの上昇を抑えつつ、光受信モジュールの伝送特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る光受信モジュールの全体を含む光受信機の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光受信モジュールの内部実装を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る光受信モジュールのフレキシブル基板の伝送線路（マイクロストリップ線路）を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る光受信モジュールの等価回路を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態の効果を説明する周波数特性シミュレーション結果を示す図である。
【図６】本発明の別の実施形態に係る光受信モジュールのフレキシブル基板の伝送線路（コプレーナ線路）を示す図である。
【図７】従来の光受信モジュールに係るフレキシブル基板の伝送線路（マイクロストリップ線路）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、実施例を使用して図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る光受信モジュール１１０の全体を含む光受信機１００の斜視図である。  
図１において、光受信機１００は、光モジュール１１０と、回路基板１４０とを備える。光モジュール１１０は、受信光サブアセンブリ（ＲＯＳＡ）１２０と、フレキシブル基板１３０とを備え、フレキシブル基板１３０は、回路基板１４０と接続される。受信光サブアセンブリ１２０は、カラー１２１と、レセプタクル１２２と、ステム１２３とを含み、フレキシブル基板１３０は、リードピン１２４、１２５と接続される伝送線路１３１、１３２を含み、回路基板１４０は、ポストアンプ１４１と、デカップリングコンデンサ１４２とを含む。
【００１８】
図２は、図１で示した光受信モジュール１１０のカラー１２１及びレセプタクル１２２の図示を省いてステム１２３を上面から見た上面図２００である。  
図２において、受光素子２０１は、プリアンプ（トランスインピーダンスアンプ）２０２と共にステム１２３上面に搭載され、カラー１２１内部にある図示しないレンズを介してレセプタクル１２２に光学的に結合している。受光素子２０１の陰極は、ボンディングワイヤ２０９を介して貫通孔を貫通したリードピン２０５に接続され、フレキシブル基板１３０に設けられた電源供給用配線を介して光受信モジュール１１０外部から電源が供給される。一方、受光素子２０１の陽極は、ボンディングワイヤ２１０を介してプリアンプ２０２に接続される。受光素子２０１が出力する光電流は、プリアンプ２０２で電圧に変換され、その差動出力信号はボンディングワイヤ２０７、２０８を介し貫通孔を貫通したリードピン２０３、２０４を通じてステム１２３の下面側に配置されたフレキシブル基板１３０の伝送線路１３１、１３２に接続される。通常は、貫通孔を貫通してステム１２３の下面側に出たリードピン１２４、１２５の一端をフレキシブル基板１３０に設けられたビアホール３１４、３２４に貫通し、半田を使用して接続する。
【００１９】
図３は、図１で示した光受信モジュール１１０に使用されているフレキシブル基板１３０の伝送線路１３１、１３２を詳しく示した例３００の図である。  
なお、図３において、受光素子２０１及びプリアンプ２０２の電源供給用配線の図示は省略している。一方の差動伝送線路１３１は、線路幅の異なるマイクロストリップ線路３１１、３１２、３１３の直列接続によって形成されており、他方の差動伝送線路１３２も同様に線路幅の異なるマイクロストリップ線路３２１、３２２、３２３の直列接続によって形成されている。
【００２０】
図３で図示した例では、マイクロストリップ線路３１１、３１３、３１２（３２１、３２３、３２２）は、表示の順に線路の幅が細く、線路の特性インピーダンスは、３１１、３１３、３１２（３２１、３２３、３２２）の順に高くなっている。従って、例えば回路基板１４０に接続される側のマイクロストリップ線路３１３を所望の特性インピーダンス、典型的には５０Ωになるように設計した場合、マイクロストリップ線路３１１は、直列インダクタンスになり、マイクロストリップ線路３１２は並列容量になる。インダクタンス値や容量値は、マイクロストリップ線路の幅（特性インピーダンス値）と線路長をパラメータとして決定される。
【００２１】
図４は、光受信モジュール１１０全体の等価回路４００を示す図である。  
図４において、マイクロストリップ線路３１１、３１２、３１３及び３２１、３２２、３２３の直列接続によって形成されている伝送線路１３１、１３２の等価回路は、図４の点線で囲まれた部分４３０のようになり、直列インダクタンス、並列容量が整合素子として機能するため、マイクロストリップ線路３１１、３１２、３２１、３２２の線路幅及び線路長を最適化することによって、リードピン１２４、１２５の部分で生じる特性インピーダンスの不整合を補償し、全体としてプリアンプ２０２の出力から回路基板１４０の入力までの伝送特性を改善することが可能になる。
【００２２】
本発明の実施形態は、フレキシブル基板１３０の配線設計のみで実現可能で、追加の部品やステム等既存の部品の再設計を必要としないため、小型で安価な光受信モジュールの特徴を維持したまま特性を改善することができる。
【００２３】
図５により、本発明の実施形態の効果を説明する。図５は、プリアンプ２０２の出力端子からフレキシブル基板１３０が回路基板１４０と接続する部分までの伝送線路全体について、本発明の実施形態を適用して伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓ用にマイクロストリップ線路の線路幅及び線路長を最適化した場合と、図７に示すフレキシブル基板７００を使用した従来の光受信モジュール形態の場合とをシミュレーション比較した結果を示しており、図５（ａ）は、小信号利得特性（Ｓ２１特性）５００を示し、図５（ｂ）は、入力反射特性（Ｓ１１特性）５１０を示している。図７において、フレキシブル基板７００は、伝送線路７１０、７２０と、ビアホール３１４、３２４とを備える。
【００２４】
例えば、図５（ａ）において、従来の形態では１０ＧＨｚにおける伝送損失が０．８４ｄＢあるのに対し、本発明の実施形態では１０ＧＨｚにおける伝送損失が０．３４ｄＢと半分以下に改善されることが確認された。また、図５（ｂ）において、従来の形態では１０ＧＨｚにおける入力反射減衰量が−７．８ｄＢであるのに対し、本発明の実施形態では１０ＧＨｚにおける入力反射減衰量が−１１．８ｄＢに改善されることが確認された。
【００２５】
以上説明した本実施形態によれば、光受信モジュールの大型化、コストの上昇を抑えつつ、光受信モジュールの伝送特性を改善することができる。
【００２６】
なお、本発明は上記で示した実施形態の線路の種類や段数及びそれらの組み合わせに限定されるものではない。
【００２７】
例えば、上記の実施形態では、インピーダンス整合素子として、マイクロストリップ線路３１３、３２３は、元の線路幅であるため、２段の線路幅の異なるマイクロストリップ線路３１１、３１２（３２１，３２２）が直列に接続される例として示したが、所望の伝送特性を得るために３段以上の線路幅の異なるマイクロストリップ線路の直列接続であっても構わない。
【００２８】
また、上記の実施形態では、マイクロストリップ線路の例を示したが、本発明はコプレーナ線路など、あまねく一般的な伝送線路を使用した光受信モジュールに適用することができる。本発明をコプレーナ線路に適用した、一実施形態の例を図６に示す。図６において、フレキシブル基板６００は、それぞれコプレーナ線路６１１、６１２、６１３、及びコプレーナ線路６２１、６２２、６２３を含む伝送線路（コプレーナ線路）６１０、６２０と、ビアホール３１４、３２４と、コプレーナ線路の接地面６０５とを備える。コプレーナ線路の特性インピーダンスは、導体線路幅と導体線路−接地面間の距離の比で決定される。したがって、図６の例では導体線路幅のみを変えて特性インピーダンスを調整する方法を示しているが、逆に導体線路幅を一定にして導体線路−接地面間の距離を変えることで特性インピーダンスを調整する方法を使用しても良いし、また両方法を組み合わせても良い。
【００２９】
以上のように本発明によれば、フレキシブル基板に形成された伝送線路が、線路幅が異なることにより、特性インピーダンスの異なる複数（Ｎ≧２）の伝送線路の直列接続により形成された２本の同じ形状の差動信号伝送線路により、ＣＡＮ型パッケージ光受信モジュールのリードピンの部分で生じる特性インピーダンス不整合を補償し、光受信モジュールの大型化、コストの上昇を抑えつつ、光受信モジュールの伝送特性を改善することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１００  光受信機
１１０  受信光モジュール
１２０  受信光サブアセンブリ（ＲＯＳＡ）
１２１  カラー
１２２  レセプタクル
１２３  ステム
１２４、１２５、２０３、２０４、２０５、２０６  リードピン
１３０  フレキシブル基板
１３１、１３２  伝送線路
１４０  回路基板
１４１  ポストアンプ
１４２  デカップリングコンデンサ
２００  光受信モジュール１１０のステム１２３を上面から見た上面図
２０１  受光素子（半導体フォトダイオード）
２０２  プリアンプ（トランスインピーダンスアンプ）
２０７、２０８、２０９、２１０、２１２、２１３  ボンディングワイヤ
２１１  チップコンデンサ
３００  フレキシブル基板１３０の詳細図
３１１、３１２、３１３、３２１、３２２、３２３  マイクロストリップ線路
３１４、３２４  スルーホール
４００  光受信モジュール１１０全体の等価回路
４２０  受信光サブアセンブリの電気等価回路
４３０  フレキシブル基板の電気等価回路
５００  本発明の実施形態の効果を示す小信号利得特性のシミュレーション結果
５１０  本発明の実施形態の効果を示す入力反射特性のシミュレーション結果
６００  フレキシブル基板
６０５  接地面
６１０、６２０  伝送線路
６１１、６１２、６１３、６２１、６２２、６２３  コプレーナ線路
７００  フレキシブル基板
７１０、７２０  マイクロストリップ線路
【図１】
2013229801.tif 000003
【図２】
2013229801.tif 000004
【図３】
2013229801.tif 000005
【図４】
2013229801.tif 000006
【図５】
2013229801.tif 000007
【図６】
2013229801.tif 000008
【図７】
2013229801.tif 000009