(57)【要約】【課題】寄生インピーダンスによる高周波信号、高速応答への悪影響を抑制し、トランスファモールドを必要としない生産性のよい受光モジュールを提供する。【解決手段】受光モジュールは、受光素子２がフリップチップ実装されたプリアンプ回路チップ３と、受光素子２及びプリアンプ回路チップ３を収容する収容部８ａ，８ｂと、受光素子が受光する信号光の透過口７を有し、且つ配線導体及び電極を有するパッケージ４と、光ファイバを接続保持するスリーブ９とを備える。プリアンプ回路チップ３は、パッケージ４の電極にフリップチップ実装で搭載され、スリーブ９は光ファイバからの信号光を受光素子２で受光するように調芯されてパッケージ４に固定されている。前記のパッケージ４は、複数のセラミック基板を積層して形成することができ、また、信号光の透過口７を所定の光波長に対して透光性のある封止板５で封止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光素子がフリップチップ実装されたプリアンプ回路チップと、前記受光素子及びプリアンプ回路チップを収容する収容部と前記受光素子が受光する信号光の透過口を有し、且つ配線導体及び電極を有するパッケージと、光ファイバを接続保持するスリーブとを備え、
前記プリアンプ回路チップは前記パッケージの電極にフリップチップ実装で搭載され、前記スリーブは光ファイバからの信号光を前記受光素子で受光するように調芯されて前記パッケージに固定されていることを特徴とする受光モジュール。
【請求項２】
前記パッケージは、複数のセラミック基板を積層して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の受光モジュール。
【請求項３】
前記信号光の透過口が、所定の光波長に対して透光性のある封止板で封止されていることを特徴とする請求項１または２に記載の受光モジュール。
【請求項４】
前記受光素子は、入光面側に集光レンズを備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の受光モジュール。
【請求項５】
前記受光素子は、入光面と反対の面側に受光部とフリップチップ実装用の電極を備えていることを特徴とする請求項４に記載の受光モジュール。
【請求項６】
前記プリアンプ回路チップは、前記パッケージにフリップチップ実装するための電極と、前記受光素子をフリップチップ実装するための電極を同一面内に備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の受光モジュール。
【請求項７】
前記プリアンプ回路チップが収容される前記収容部に、封止樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の受光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ通信に用いられる受光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
高速光ファイバ通信では、高速応答性と高い受光感度を有する受光素子が求められている。特に高速応答性を実現するためには、受光素子をフリップチップ実装することで、ボンディングワイヤによるインダクタンス成分、発生磁界の伝播などを低減する構造が提案されている。また、光ファイバ通信の高速化対応を満たす一方で、小型化、低コスト化も重要となっている。
【０００３】
これらの要求に対して、例えば、特許文献１には、配線膜と透光性樹脂膜を有する基板上に光素子をフリップチップ実装することで、小型化や高周波特性の改善を図ると共に、トランスファモールドにより気密封止して保護された構造の光通信モジュールが開示されている。また、特許文献２では、フリップチップ実装するに適した構造の受光素子が開示されている。さらに、特許文献３には、受光素子、発光素子を回路チップ上にフリップチップ実装することが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３６１６３０号公報
【特許文献２】特開平５−３７００５号公報
【特許文献３】特開平１０−１１２５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示の光通信モジュールは、複数の光素子をアライメント調整でフリップチップ実装し、この後、ダイシングにより各モジュールに分割している。しかし、その構造上、封止のためのトランスファモールドが必要とされが、個別のモジュールごとのモールドで行われているため量産性が悪い。量産性を高めるには、複数のモジュールを一度にトランスファモールドする必要があるが、これには、金型が大型になり設備投資の負担が大きくなる。
また、特許文献３に開示のように、回路チップ上に受光素子または発光素子をフリップチップ接続で実装することで信号の高速応答が期待できる。しかし、回路チップと配線基板間は、ワイヤ接続を行う構造であり改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、寄生インピーダンスによる高周波信号、高速応答への悪影響を抑制し、トランスファモールドを必要としない生産性のよい受光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】
【０００６】
本発明による受光モジュールは、受光素子がフリップチップ実装されたプリアンプ回路チップと、受光素子及びプリアンプ回路チップを収容する収容部と受光素子が受光する信号光の透過口を有し、且つ配線導体及び電極を有するパッケージと、光ファイバを接続保持するスリーブとを備える。プリアンプ回路チップは前記パッケージの電極にフリップチップ実装で搭載され、スリーブは光ファイバからの信号光を前記受光素子で受光するように調芯されてパッケージに固定される。前記のパッケージは、複数のセラミック基板を積層して形成することができ、また、信号光の透過口を所定の光波長に対して透光性のある封止板で封止することができる。
【０００７】
また、本発明による受光モジュールは、前記の受光素子が、入光面側に集光レンズを備え、入光面と反対の面側に受光部とフリップチップ実装用の電極を備える構成とすることができる。また、プリアンプ回路チップは、パッケージにフリップチップ実装するための電極と、受光素子をフリップチップ実装するための電極とを同一面内に備える構成とすることができる。さらに、プリアンプ回路チップが収容される収容空間に、封止樹脂が充填されている構成とすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、受光素子の接続電極面、プリアンプ回路チップの接続電極面およびパッケージ内に形成されているチップ実装用の配線導体面を、同一面に対向する形態で構成することができるので、これらの部品間の電気接続は全てフリップチップ実装が可能となる。この結果、ワイヤ接続による電気接続を省略することができ、浮遊インピーダンスによる高周波応答性の低下を抑制することができ、高周波特性に優れた受光モジュールを実現できる。
また、トランスファモールドを必要としない構造であるため金型の使用が不要で、大きなサイズのパッケージを用いてマトリックス状に組立てることが可能で、安価で生産性のよい受光モジュールを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図により本発明の実施の形態を説明する。図１（Ａ）は本発明による受光モジュールの概略を説明する斜視図、図１（Ｂ）はその断面図である。図中、１は受光モジュール、２は受光素子、３はプリアンプ回路チップ、４はパッケージ、５は封止板、６は封止樹脂材、７は信号光の透過口、８ａ，８ｂは収容部、９はスリーブ、９ａはフランジ部、９ｂは光コネクタの挿着孔を示す。
【００１０】
本発明による受光モジュール１は、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子２が実装されたプリアンプ回路チップ３と、このプリアンプ回路チップ３が実装される配線導体及び電極を有するパッケージ４（以下、単にパッケージという）と、該パッケージ４に接着等により固定されるスリーブ９とで構成される。プリアンプ回路チップ３は、受光素子２で受光した光電流をプリアンプ回路で電圧信号に変換される。このプリアンプ回路には、低雑音で広いダインミックレンジのものが要求されていて、通常は、増幅器の入力部と出力部の間に帰還抵抗を入れたトランスインピーダンス型のプリアンプ（ＴＩＡ）が用いられる。このＴＩＡ回路は、プリアンプ回路チップ３として、一体化された矩形状のチップ状部品で提供される。
【００１１】
受光素子２は、後述するように、プリアンプ回路チップ３にフリップチップ実装が可能な形状のものが用いられ、プリアンプ回路チップ３の中央部分に接続実装される。パッケージ４は、プリアンプ回路チップ３及び受光素子２を収容する収容部８ａ，８ｂを有し、受光素子２で受光する信号光の透過口７を備えている。また、信号光の透過口７は、所定の光波長に対して透光性のある材料で形成された封止板５で封止することができる。
【００１２】
パッケージ４に設けられる収容部８ａの段差部分の上面側に、配線導体が形成されていて、この配線導体に対して受光素子２を搭載したプリアンプ回路チップ３がフリップチップ実装で搭載される。プリアンプ回路チップ３が収容されるパッケージ４の収容部８ａには、必要に応じて、封止樹脂材６を充填して気密封止することができる。なお、封止樹脂材６が所定の光波長に対して透光性を有している場合は、発光素子２が収容され、封止板５で封鎖された収容部８ｂにも充填させることができる。
【００１３】
スリーブ９は、光ファイバを接続するための光コネクタを嵌合保持するためのもので、フランジ部９ａでパッケージ４に接着材等により固定される。このスリーブ９の光コネクタ挿着孔９ｂには、光ファイバの端部に取り付けられた光コネクタのフェルール（図示せず）が挿着され、外部装置からの信号光が受光素子２に向けて出射される。光ファイバから出射される信号光が効率よく受光素子２で受光できるように、パッケージ４との接着に際しては調芯して位置決めされる。
【００１４】
図２は、受光素子とプリアンプ回路チップの概略を説明する図で、図２（Ａ）は受光素子の一例を示す図、図２（Ｂ）はプリアンプ回路チップの実装面を示す図である。図中１０は受光部、１１ａ，１１ｂは受光素子の電極リード、１２は受光素子の半田バンプ、１３はモノシリックレンズ、１４は回路チップの電極、１５は回路チップの接続電極を示す。
【００１５】
受光素子２は、図２（Ａ）に示すようなフリップチップ実装が可能な形状のもの（例えば、特許文献２に開示のような受光素子）が用いられる。この受光素子２は、中央部に受光部１０を有し、この受光部１０が接する実装面２ａ側において、受光素子の電極リード１１ａ，１１ｂの端部に半田バンプ１２が、蒸着法、めっき法、または印刷法等により形成されている。また、受光部１０に対向する信号光が入射される入光面２ｂ側には、集光レンズとしてモノシリックレンズ１３が形成されていて、このレンズ１３の光軸上にある光ファイバからの信号光を受光部１０に集光させる。
【００１６】
プリアンプ回路チップ３は、例えば、トランスインピーダンス型のプリアンプ（ＴＩＡ）で形成され（回路構成は省略）、実装面３ａの中央部に上記した受光素子２をフリップチップ接続で直接実装させるための電極１４が形成されている。また、プリアンプ回路チップ３の実装面３ａには、この他、後述するパッケージ４を介して次段の増幅回路等への接続のための接続電極１５が設けられている。この接続電極１５は、プリアンプ回路チップ３をパッケージ４にフリップチップ接続で搭載するために、半田バンプで形成される。
【００１７】
図３は、上述した受光素子２をフリップチップ実装したプリアンプ回路チップ３を、パッケージ４の中間に積層配置されるベース基板２０にフリップチップ接続で実装する例を説明する図である。図２（Ｂ）で説明したように、プリアンプ回路チップ３には、受光素子２が、プリアンプ回路チップ３の実装面３ａから突出する形態でフリップチップ実装されている。このため、プリアンプ回路チップ３が実装されるベース基板２０には、受光素子２を収容するための収容開口２０ａが形成されている。
【００１８】
また、ベース基板２０の配線導体面１６には、プリアンプ回路チップ３を次段増幅等の外部回路に接続するための配線導体１７が形成されている。この配線導体１７の内側の電極１７ａは、受光素子２が収容される収容開口２０ａの周りに配列され、プリアンプ回路チップ３の半田バンプで形成された接続電極１５が、フリップチップ接続される。配線導体１７の外側の電極１７ｂは、ベース基板２０の周縁に配列され、外部回路との接続に供せられる。受光素子２は、収容開口２０ａ内に浮いた状態で収容される。
【００１９】
上記の構成によれば、受光素子２の接続電極面（実装面２ａ）、プリアンプ回路チップ３の接続電極面（実装面３ａ）、及び、パッケージ４のベース基板２０に配線導体面１６を同一面に対向する形態で構成することができるので、これらの部品間の電気接続は、上述したように全てフリップチップ接続が可能となる。
また、ベース基板２０の配線導体１７は、所定に導体幅と厚さで所定の特性インピーダンスとなるように形成され、ワイヤ接続のような３次元配線を用いていないので、浮遊インピーダンスによる高周波信号の劣化が低減され、信号劣化の少ない高速伝送の実現を可能としている。
【００２０】
図４は、上述したパッケージを積層により形成する構成例を説明する図で、図中、１８，１９は側面電極、２０はベース基板、２１は第１の支持基板、２１ａは収容開口、２２は第２の支持基板、２３は第１のカバー基板、２３ａは収容開口、２４は第２のカバー基板、２４ａは収容開口を示し、その他の符号は図１〜３で用いたの同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００２１】
本発明におけるパッケージは、複合回路チップ等を外力等から保護するとともに、パッケージ内に外部装置に接続可能に実装する配線導体、電極等を備えている。また、本発明で用いるパッケージは、図４に示すように、複数の基板を積層して形成することができる。積層する各基板は、例えば、アルミナ等の加工性のよいセラミック、さらには放熱性に優れた窒化アルミのような高熱伝導性の材料で形成することができる。
【００２２】
パッケージ４は、積層基板の中央に位置する基板に、例えば、図３で説明したような、配線導体１７及び電極１７ａ，１７ｂを備えた基板をベース基板２０とする。そして、その下面側に支持基板を積層し、上面側にカバー基板を積層する。なお、ベース基板２０にセラミック基板を用いた場合、配線導体１７には、セラミック基板との密着性を考慮して、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕなどの薄膜で形成されているのが好ましい。
【００２３】
ベース基板２０の下面側に設ける支持基板は、例えば、第１の支持基板２１と第２の支持基板２２の２枚の基板を用いて形成することができる。ベース基板２０と接する第１の支持基板２１には、ベース基板２０の収容開口に連通して貫通する収容開口２１ａが形成され、第２の支持基板２２には信号光の透過口７が形成される。この信号光の透過口７は、所定の光波長に対して透光性のある材料で形成された封止板５で封止するようにしてもよい。
【００２４】
信号光の透過口７を封止板５で封止することにより、基板内に搭載された受光素子２、プリアンプ回路チップ３が、外囲気や湿気に曝されることから保護し、劣化を抑制することが可能となる。封止板５には、石英や珪酸ガラスや、その他所定の光波長に対して透光性のあるセラミックが用いられる。なお、第２の支持基板２２を、所定の光波長に対して透光性のあるセラミックで形成することにより、透過口７の形成や封止板５は不要とすることができる。
【００２５】
ベース基板２０の上面側に設けるカバー基板は、ベース基板２０に実装されたプリアンプ回路チップ３を外力から保護する機能を有するもので、例えば、第１のカバー基板２３と第２のカバー基板２４の２枚の基板を用いて形成することができる。ベース基板２０と接する第１のカバー基板２３には、中央部にベース基板２０上に実装されたプリアンプ回路チップ３を収容する収容開口２３ａが形成される。第２のカバー基板２４は、第１のカバー基板２３と同形状で形成され、中央部に同様にプリアンプ回路チップ３の収容開口２４ａを有している。
【００２６】
第１及び第２のカバー基板２３，２４の側縁には、半円状の凹み内にベース基板２０上の電極１７ｂと電気接続を形成する側面電極１８，１９を形成することができる。この側面電極１８，１９は、ベース基板２０の配線導体１７の外側の電極１７ｂに対応する位置に形成され、半田材等により電気的に接続される。プリアンプ回路チップ３の外部回路への接続は、この側面電極１８，１９を介して行われる。なお、このカバー基板は、ベース基板２０に実装されるプリアンプ回路チップ３の高さ寸法に応じて、その積層枚数が調整される。
【００２７】
図５は、パッケージ４に受光素子２とプリアンプ回路チップ３を実装した状態を示す図で、図５（Ａ）は、封止樹脂材が充填されていない状態を示し、図５（Ｂ）は、受光素子２およびプリアンプ回路チップ３を気密封止する形態を示す図である。封止樹脂材を充填しない形態でも使用可能であるが、図５（Ｂ）に示すように、信号光の透過口７を封止板５で封止すると共に、第１及び第２のカバー基板２３，２４の収容開口により形成された収容部８ａとプリアンプ回路チップ３との間の空間に接着性の封止樹脂材６を充填する。
【００２８】
この封止樹脂材６の充填は、少なくともプリアンプ回路チップ３の露出面３ｂの位置に達する程度としてもよいが、プリアンプ回路チップ３の露出面３ｂを完全に覆うように充填するようにしてもよい。また、パッケージ４を構成する複数の基板の積層面間も、接合あるいは接着剤を浸透充填させて、受光素子２およびプリアンプ回路チップ３を完全に気密封止する。封止樹脂材６に透光性のものが用いられる場合は、受光素子２の収容部８ｂ内にも充填するようにしてもよい。
【００２９】
図６〜図８は、信号線の特性インピーダンスを調整するに適した構成例を説明する図である。図６は、信号線の両側をグランド線で挟む例を示す図、図７は信号線が形成されている基板と隣接する基板にインピーダンス調整用のグランド線を設ける例を示す図、図８は信号線が形成されている基板と隣接する上下の基板にインピーダンス調整用のグランド線を設ける例を示す図である。図中、２６はベース基板、２７は支持基板、２８はカバー基板、２９は信号線、３０ａ〜３２はグランド線を示す。
【００３０】
図６に示すように、プリアンプ回路チップ等が搭載されるベース基板２６上に形成される配線導体で、信号線２９をベース基板２６上で両側から挟むようにしてグランド線３０ａ，３０ｂを配置する。信号線２９とグランド線３０ａ，３０ｂとの離間距離を変えることにより、信号線２９の静電容量を調整し、外部回路とのインピーダンス整合をとることができる。
【００３１】
また、図７に示すように、信号線２９が形成されているベース基板２６の下面側に接合される支持基板２７に、信号線２９と対向するようにグランド線３１を設けてマイクロストリップラインを形成する。このグランド線３１の幅等を変えることにより、信号線２９の静電容量を調整し、外部回路とのインピーダンス整合をとることができる。
【００３２】
また、図８に示すように、信号線２９が形成されているベース基板２６の下面側に接合される支持基板２７に、信号線２９と対向するようにグランド線３１を設けるとともに、ベース基板２６の上面側に接合されるカバー基板２８に、信号線２９と対向するようにグランド線３２を設けてマイクロストリップラインを形成する。このグランド線３１、３２の幅等を変えることにより、信号線２９の静電容量を調整し、外部回路とのインピーダンス整合をとることができる。
【００３３】
図９は、パッケージ内に搭載されるプリアンプ回路チップに対して、電磁シールドする構成例を示す図である。図中、４’はパッケージ、２６’はベース基板、２７ａ，２７ｂは支持基板、２８ａ，２８ｂはカバー基板、３３ａ，３３ｂは表層グランド線、３３ｃは内層グランド線を示す。
【００３４】
図９に示すように、パッケージ４’は、図４で説明したのと同様に、ベース基板２６’、第１と第２の支持基板２７ａ，２７ｂ、第１と第２のカバー基板２８ａ，２８ｂの５層の基板を積層し、これらの積層される各基板の周辺部にグランド線（グランド導体）を形成する。最外層の基板となる支持基板２７ｂには、信号光の透過口を除いたほぼ全面に表層グランド線３３ａを形成し、また、もう一方の最外層の基板となるカバー基板２８ｂには、同様にプリアンプ回路チップ３の収容開口を除いたほぼ全面に表層グランド線３３ｂを形成する。
【００３５】
パッケージ４’の各基板で、外面に表出されない積層面には、積層されるいずれか一方の基板側に、内層グランド線３３ｃが基板の周辺にループ状（閉じていなくてもよい）に形成される。それぞれの基板に形成された表層グランド線３３ａ，３３ｂおよび内層グランド線３３ｃは、それぞれの基板を貫通するヴィアホール３４等によって、電気的に接続される。
これにより、パッケージ４’内に搭載される受光素子２およびプリアンプ回路チップ３は、電磁シールドすることができ、外部からの電磁ノイズを吸収して誤動作するのを排除、することができる。また、パッケージ４’の外にプリアンプ回路チップ３で生じる信号が漏出するのを抑制することができる。
【００３６】
なお、上述した図１〜図９では、個別に受光モジュール品を製造する例で説明したが、
各積層基板（２０〜２１または２６’〜２８ｂ）をマトリックス状に備える大きいサイズの基板を積層し、多数のパッケージ４，４’をマトリックス状に形成する。次いで、これをダイシング加工により個別のパッケージに分断し、パッケージの収容開口２１ａ，２３ａ，２４ａを通して封止板５を取付ける。また、発光素子２が実装されたプリアンプ回路チップ３を収容開口２３ａ，２４ａを通してベース基板２０，２６’に実装し、この後、収納開口内に封止樹脂材６を充填し受光モジュールとする。なお、カバー基板２３，２４の側面電極となる部分は、貫通導体（スルホール、または、ヴィアホール）で形成され、切断により側面電極となる。
【００３７】
また、上記のように個別のパッケージに分断する前に、封止板５、プリアンプ回路チップ３、封止樹脂材６を充填して、複数の受光モジュール品を一体に形成する。次いで、ダイシング加工により個別の受光モジュール品単位に切り出し、次いで、光ファイバ接続用のスリーブを取り付けて完成品とするようにしてもよい。この方法によれば、安価で生産性のよい受光モジュールを提供することが可能となる。
【００３８】
図１０は、本発明による受光モジュールの使用形態の一例を示す図である。本発明による受光モジュール１は、図１で説明したように、パッケージ４にスリーブ９を接着剤で固定することにより完成される。スリーブ９の接着固定に際しては、スリーブ９の挿着孔９ｂに光コネクタのフェルールを挿着した状態で、パッケージ４をスリーブ９のフランジ部９ａ上をスライドさせ、受光素子が高光結合を得られるように調芯する。なお、接着剤には、調芯後に直ちに接着固定できるように、紫外線硬化型の接着剤を用いることが望ましい。
完成した受光モジュール１は、回路基板等に直接実装するようにしてもよいが、フレキシブル回路板２５を用いて電気接続するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による受光モジュールの概略を説明する図である。
【図２】本発明で用いる受光素子とプリアンプ回路チップを説明する図である。
【図３】本発明で用いるベース基板と実装例を説明する図である。
【図４】本発明におけるパッケージの構成例を説明する図である。
【図５】本発明におけるパッケージに受光素子とプリアンプ回路チップを実装した状態を示す図である。
【図６】本発明で、信号線の特性インピーダンスを調整する構成例を示す図である。
【図７】本発明で、信号線の特性インピーダンスを調整する他の構成例を示す図である。
【図８】本発明で、信号線の特性インピーダンスを調整するその他の構成例を示す図である。
【図９】本発明で、電磁シールドする構成例を示す図である。
【図１０】本発明による受光モジュールの使用形態の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…受光モジュール、２…受光素子、２ａ…実装面、２ｂ…入光面、３…プリアンプ回路チップ、３ａ…実装面、３ｂ…露出面、４，４’…パッケージ、５…封止板、６…封止樹脂材、７…信号光の透過口、８ａ，８ｂ…収容部、９…スリーブ、９ａ…フランジ部、９ｂ…挿着孔、１０…受光部、１１ａ，１１ｂ…電極リード、１２…半田バンプ、１３…モノシリックレンズ（集光レンズ）、１４…電極、１５…接続電極、１６…配線導体面、１７…配線導体、１７ａ…内側の電極、１７ｂ…外側の電極、１８、１９…側面電極、２０…ベース基板、２１…第１の支持基板、２１ａ…収容開口、２２…第２の支持基板、２３…第１のカバー基板、２３ａ…収容開口、２４…第２のカバー基板、２４ａ…収容開口、２５…フレキシブル回路板、２６，２６’…ベース基板、２７，２７ａ，２７ｂ…支持基板、２８，２８ａ，２８ｂ…カバー基板、２９…信号線、３０ａ〜３３ｂ…グランド線、３４…ヴィアホール。
【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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【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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