(57)【要約】【課題】誘電体基板上に形成された信号ラインのインピーダンスの調整を容易とした、光受信モジュールを提供する。【解決手段】受光素子および回路素子が実装された誘電体積層パッケージと、受光素子に光ファイバを光学的に結合させるスリーブと、からなる光受信モジュールにおいて、誘電体積層パッケージは、少なくとも受光素子及び回路素子が実装される底部基板１３ａと、外部回路と電気的に接続する信号ラインが形成された配線基板１３ｂと、金属層を有する上部基板１３ｃと、を積層してなる。前記の配線基板１３ｂの信号ライン１８の一部に、上部基板１３ｃの一部が重なるように配されると共に、信号ライン１７と上部基板１３ｃとの間に隙間を設けて、信号ラインのインピーダンスを調整する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光素子および回路素子が実装された誘電体積層パッケージと、前記受光素子に光ファイバを光学的に結合させるスリーブと、からなる光受信モジュールであって、
前記誘電体積層パッケージは、少なくとも前記受光素子及び回路素子が実装される底部基板と、外部回路と電気的に接続する信号ラインが形成された配線基板と、金属層を有する上部基板と、を積層してなり、
前記配線基板の前記信号ラインの一部に、前記上部基板の一部が重なるように配されると共に、前記信号ラインと前記上部基板との間に隙間を設けて、前記信号ラインのインピーダンスが調整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】
前記信号ラインは、平行導体からなる差動信号ラインで形成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】
前記平行導体の間隔が途中から広げられて、ビアホールを介して外部回路への接続端子に電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の光受信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバによる光通信に用いられる光受信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信に用いられる光受信モジュールは、フォトダイオードなどの受光素子とトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）などの集積回路（ＩＣ）を収納実装したパッケージと、受光素子に光ファイバを光学的に結合させるファイバ接続用のスリーブと、で構成される。上記のパッケージには、例えば、特許文献１に開示されるように、セラミック等の誘電体で形成された矩形枠状の誘電体基板を複数積層した形状のものを用いることが知られている。なお、スリーブは、調芯の後、パッケージに接着材等により接着一体化される。
【０００３】
また、上記の特許文献１には、誘電体基板上に信号線（信号ライン）を形成すると共に、信号線の両側にグランド線（金属層）を配置するか、若しくは、基板の誘電体を介してグランド線を対向配置させてマイクロストリップ線路等を形成することが開示されている。そして、グランド線の間隔や幅を変えることで、信号線の静電容量を調整しインピーダンス整合をとることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１５１０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
引用文献１には、誘電体積層パッケージを用いた光受信モジュールで、信号ラインを有する誘電体基板の上面側、若しくは下面側に金属層を有する誘電体基板を重ねることにより、信号ラインに対する静電容量（インピーダンス）を変え、外部回路とのインピーダンス整合を図ることが開示されている。
しかしながら、信号ラインに対して積層する誘電体基板の厚さは一定であるため、段階的なステップでしかインピーダンスを変えることができず、細かなインピーダンス整合を図ることは困難であった。
【０００６】
本発明は、上述した実状に鑑みてなされたもので、誘電体基板上に形成された信号ラインのインピーダンスの調整を容易とした、光受信モジュールの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による光受信モジュールは、受光素子および回路素子が実装された誘電体積層パッケージと、受光素子に光ファイバを光学的に結合させるスリーブと、からなる光受信モジュールであって、誘電体積層パッケージは、少なくとも受光素子及び回路素子が実装される底部基板と、外部回路と電気的に接続する信号ラインが形成された配線基板と、金属層を有する上部基板と、を積層してなる。前記の配線基板の信号ラインの一部に、上部基板の一部が重なるように配されると共に、信号ラインと上部基板との間に隙間を設けて、信号ラインのインピーダンスが調整されていることを特徴とする。
【０００８】
なお、前記の信号ラインは、平行導体からなる差動信号ラインで形成することができ、また、途中で平行導体の間隔が広げられ、ビアホールを経て外部回路への接続端子に電気的に接続される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、誘電体積層パッケージの大きさを増加させることなく、誘電体基板上に形成された信号ラインのインピーダンスの調整を細かに行うことができ、インピーダンス整合を良好にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による光受信モジュールの一例を示す図である。
【図２】本発明による光受信モジュールの誘電体積層パッケージの概略を説明する図である。
【図３】本発明による光受信モジュールの信号ラインの一例を説明する図である。
【図４】図３の信号ラインの詳細を説明する図である。
【図５】信号ラインと誘電体層間の隙間幅とインピーダンスの変化状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図により本発明の概略を説明する。図１，２において、１０は光受信モジュール、１１は誘電体積層パッケージ（パッケージ）、１２はスリーブ、１２ａはジョイントスリーブ、１３は基板積層体部、１３ａは底部基板、１３ｂは配線基板、１３ｃは上部基板、１４はシールリング、１５はリッド、１５ａは光学窓部、１６は端子部、１７は信号ライン、１７ａ，１７ｂはライン部分、１７ｃはビアホール接続部分、１８はグランドライン、１９はボンディングワイヤ、２０は半導体デバイス、２０ａは端子電極を示す。
【００１２】
本発明による光受信モジュール１０は、例えば、図１（Ａ）に示すように、誘電体積層パッケージ１１（以下、パッケージという）に、スリーブ１２を接着により結合一体化して構成される。パッケージ１１は、図１（Ｂ）に示すように、アルミナや窒化アルミ等のセラミック誘電体からなる複数の基板を積層した基板積層体部１３の上部に、金属製のシールリング１４を介してリッド１５を密封的に接合して成る。
【００１３】
パッケージ１１の基板積層体部１３内には、図２に示すように、フォトダイオードやアバランシェフォトダイオードなどの受光素子やトランスインピーダンスアンプなどの回路素子等の半導体デバイス２０が導電樹脂や半田等で実装される。また、半導体デバイス２０の上面にある端子電極２０ａは、後述する信号ライン１７等にボンディングワイヤ１９により電気的に接続される。
【００１４】
光受信モジュールのパッケージ１１内の配線で、ボンディングワイヤ１９によるインダクタンスを低減するのにワイヤ長さを短くするのが好ましい。このため、通常、半導体デバイスの端子電極２０ａの位置と信号ライン１７の位置が、ほぼ同じ程度になるようにする。例えば、半導体デバイス２０の実装面と信号ライン１７とは、半導体デバイス２０の高さ相当分の段差を有するように設けられる。他方、信号ライン１７はビアホール等を介して外部回路に接続する必要があり、このため信号ライン１７からビアホールまでは所定の配線長を有する。
【００１５】
他方、信号ライン１７は配線基板１３ｂ、底部基板１３ａのビアホール等を介して、外部回路に接続するための端子部１６に接続する必要がある。例えば、配線基板１３ｂ上に形成されるビアホールは、構造上の制約や差動ビアホールのインピーダンス整合を取るため、基板端からビアホールまでに距離や、各ビアホール間の距離を離す必要がある。したがって、信号ライン１７からビアホールまでは、所定の配線長を有することになる。
【００１６】
基板積層体部１３の上面には、金属製のシールリング１４が半田付け等により接合され、このシールリング１４を介して金属製のリッド１５がシーム溶接または半田材で、気密に接合される。また、図では省略されているが、集光用レンズが基板積層体部１３内、若しくは、リッド１５の光学窓部１５ａ等に固定されて配設される。
【００１７】
基板積層体部１３は、例えば、セラミック誘電体からなる外形が同一寸法の矩形状に形成された底部基板１３ａ、フレーム枠状の中間の配線基板１３ｂ、フレーム枠状の上部基板１３ｃを積層して構成される。底部基板１３ａは、半導体デバイス２０等を導電接着剤や半田材で実装する実装面を有し、また、外部回路への接続用の端子部１６を有している。中間の配線基板１３ｂは、実装された半導体デバイス２０等からの電気信号を外部回路に伝送する信号ライン、上記の底部基板１３ａの端子部１６への電気接続を形成するビアホール（図４参照）等を有している基板である。上部基板１３ｃは、配線基板１３ｂと金属製のシールリング１４との間に配された最上部に位置する基板で、上面にシールリング１４を接合する金属層を有している。
【００１８】
リッド１５には、信号光が通る光学窓部１５ａが設けられていて、この光学窓部１５ａを中心として光ファイバを結合させるスリーブ１２が接合される。スリーブ１２は、ジョイントスリーブ１２ａを用いて、軸方向（Ｚ方向）の調芯を行い、ジョイントスリーブ１２ａとリッド１５の上面との間で、面方向（Ｘ，Ｙ方向）の調芯を行った後、接合固定される。
スリーブ１２及びジョイントスリーブ１２ａは、金属製（例えば、ステンレス材）又は樹脂製（例えば、ポリエーテルイミド）などで形成され、金属製の場合はＹＡＧ溶接等により接合固定され、樹脂製の場合はエポキシ系接着剤等で接合固定される。
【００１９】
図３，４は、パッケージ１１内の信号ライン１７について説明する図である。図３（Ａ）に示すように、配線基板１３ｂ上に設けられる信号ライン１７は、例えば、対にされた平行導体からなる差動信号ラインで形成することができる。この平行導体は、例えば、半導体デバイス側にボンディングワイヤ接続されるライン部分１７ａと、端子部に通じるライン部分１７ｂと、ビアホール２３[（図４（Ｂ）参照]に接続されるビアホール接続部分１７ｃと、で形成される。また、この信号ライン１７の両側にグランドライン１８を設け、コプレーナ線路として所定の特性インピーダンスが得られるようにすることができる。
【００２０】
半導体デバイス側のライン部分１７ａは、半導体デバイスの端子電極の間隔に合わせた狭い間隔で形成することができる。しかし、ビアホール２３は、その構造上ある程度の間隔が必要で、通常、その間隔は半導体デバイス側の端子電極間隔より大きい。このため、ビアホール接続部分１７ｃの間隔に合わせて形成されるライン部分１７ｂの間隔は、半導体デバイス側のライン部分１７ａの間隔より幅広となる。幅広のライン部分１７ｂの領域Ｅ２は、幅狭のライン部分１７ａの領域Ｅ１よりインピーダンスが高くなり、インピーダンス整合させるのが難しくなる。
【００２１】
本発明においては、配線基板１３ｂとシールリング１４との間に配されシールリングの接合に用いられる上部基板１３ｃが、インピーダンスが高くなるライン部分１７ｂを覆うように構成することを特徴とする。この場合、図３（Ａ）に示すように、上部基板１３ｃの内側縁部を点線位置まで延長させて覆うようにしても良いが、図３（Ｂ）に示すように、上部基板１３ｃの形状を内側に寄せるようにしても良い。図３（Ｂ）の場合は、パッケージの外形寸法を距離Ｄだけ縮小することができ、小型化することも可能となる。
【００２２】
上部基板１３ｃの上面には、図３（Ｃ）及び図４に示すように、シールリングを接合するための金属層２１が形成されていて、この金属層２１を接地電位とすることによりグランド層とすることができる。この場合、上部基板１３ｃが重なる信号ライン１７の領域Ｅ２は、マイクロストリップ線路として見ることができ、その領域の誘電率を大きくすることができる。この結果、信号ライン１７のライン部分１７ｂの特性インピーダンスを低くすることが可能となる。
【００２３】
しかしながら、上部基板１３ｃに標準仕様のものを用いるとすれば、その誘電体層の厚さは均一で信号ライン１７の特性インピーダンスを一様に低くすることができるとしても、整合させることができるとは限らない。したがって、図３（Ｃ）及び図４（Ｂ）（Ｃ）に示すように、信号ライン１７と重なる部分の上部基板１３ｃの誘電体層の厚さを変えることにより、インピーダンスの値を調整するようにする。
【００２４】
具体的には、上部基板１３ｃの下面側の誘電体層を部分的に削って信号ライン１７と上部基板１３ｃとの間に幅Ｇを有する隙間２２を形成する。この結果、上部基板１３ｃの誘電体層と隙間２２の空気層の比率で、金属層２１と信号ライン１７間の誘電率を変えることができ、信号ライン１７のインピーダンスを変えることができる。隙間２２は、標準仕様の上部基板１３ｃの一部を部分的に削りとるだけで容易に形成することができ、また、その削り量は変えることでインピーダンスを容易に調整することもできる。
【００２５】
図５（Ａ）は、信号ラインの具体例を説明する図である。配線基板１３ｂは窒化アルミ（比誘電率８.８）で形成し、その基板上面に信号ライン１７の平行導体を、導体幅Ｗ０.１５ｍｍで形成した。そして、信号ライン１７の半導体デバイス側のライン部分１７ａの導体間の間隔Ｓ１を０.１５ｍｍ、すなわち平行導体間のピッチＰ１を０.３ｍｍとし、また、グランドライン１８とライン部分１７ａ間の間隔Ｔ１を０.１５ｍｍとした。他方、信号ライン１７のビアホール側のライン部分１７ｂの導体間の間隔Ｓ２を０.４５ｍｍ、すなわち平行導体間のピッチＰ２を０.６ｍｍとし、また、グランドライン１８とライン部分１７ｂ間の間隔Ｔ２を０.４５ｍｍとした。
【００２６】
上記のように形成した信号ライン１７は、半導体デバイス側の幅狭のライン部分１７ａのインピーダンスは１００Ω程度となる。一方、ビアホール側の幅広のライン部分１７ｂのインピーダンスは１４０Ω程度となる。
図５（Ｂ）は、ビアホール側の幅広のライン部分１７ｂの領域に、図３，４で説明したように、厚さ０.１５ｍｍの窒化アルミ（比誘電率８.８）の誘電体層に金属層を設けた上部基板１３ｃが重ねるように積層し、ライン部分１７ｂと上部基板１３ｃの誘電体層との間の隙間幅Ｇを異ならせたときのインピーダンスの変化を示す図である。
【００２７】
図５（Ｂ）に示すように、隙間の幅Ｇが小さければ、ライン部分１７ｂのインピーダンスは低くなり、隙間の幅Ｇが大きければ、ライン部分１７ｂのインピーダンスは高くなる。隙間の幅Ｇを０.０２ｍｍ程度とすることにより、ビアホール側の幅広のライン部分１７ｂのインピーダンスを１００Ω程度とすることができ、半導体デバイス側の幅狭のライン部分１７ａのインピーダンスと整合させることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１０…光受信モジュール、１１…誘電体積層パッケージ（パッケージ）、１２…スリーブ、１２ａ…ジョイントスリーブ、１３…基板積層体部、１３ａ…底部基板、１３ｂ…配線基板、１３ｃ…上部基板、１４…シールリング、１５…リッド、１５ａ…光学窓部、１６…端子部、１７…信号ライン、１７ａ，１７ｂ…ライン部分、１７ｃ…ビアホール接続部分、１８…グランドライン、１９…ボンディングワイヤ、２０…半導体デバイス、２０ａ…端子電極、２１…金属層（グランド層）、２２…隙間、２３…ビアホール。
【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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