JP2004254125A - 光受信モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光受信モジュール1はステム2を有し、このステム2上にはダイキャップコンデンサ9が設けられ、このダイキャップコンデンサ9の上面には、光信号を受光して電気信号に変換する受光素子10が載置されている。また、ステム2上には、受光素子10の出力信号を増幅するプリアンプ22がダイキャップコンデンサ9に隣接して設けられている。さらに、ステム2上におけるダイキャップコンデンサ9の両側には接地用柱部25が立設されている。プリアンプ22の信号入力パッド29は、ボンディングワイヤ37を介して受光素子10の電極12と電気的に接続され、プリアンプ22の各接地パッド32は、ボンディングワイヤ40を介して各接地用柱部25と電気的に接続され接地されている。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信を行うための光受信モジュールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の光受信モジュールとしては、例えば特許文献1に記載されているものが知られている。この文献に記載の光受信モジュールは、光信号を電気信号に変換する受光素子と、この受光素子の出力信号を増幅するプリアンプとを有し、これらの部品はTOパッケージに搭載されている。
【0003】
【特許文献1】
特開平8−139342号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
光信号としてGHz帯にまで及ぶ高速信号を扱う場合には、受光素子とプリアンプとを近接して配置する必要があるが、この場合には、プリアンプの接地パッドと接地電位であるTOパッケージとの間にボンディングワイヤを配設するスペースを確保することが困難になる。このため、プリアンプの接地パッドとTOパッケージとをつなぐボンディングワイヤを引き回して配設せざるを得ず、ボンディングワイヤが長くなってしまう。このようにワイヤ長が長くなると、ボンディングワイヤに存在するインダクタンス成分が増大するため、ボンディングワイヤのインピーダンスが高くなる。これにより、プリアンプの接地電位が不安定になり、周波数特性が悪化する可能性がある。
【0005】
本発明の目的は、プリアンプの接地電位を安定化させることができる光受信モジュールを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の光受信モジュールは、金属製のステムと、ステム上に設けられ、光信号を受光して電気信号に変換する受光素子と、ステム上に設けられ、受光素子の出力信号を増幅するプリアンプと、ステムと電気的に接続されるようにステム上に設けられた金属製の接地用柱部とを備え、接地用柱部とプリアンプとが電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【0007】
このようにステム上に接地用柱部を設けることにより、例えばボンディングワイヤでプリアンプと接地用柱部とを直結するだけで、プリアンプがステムと電気的に接続され、接地されるようになる。このため、プリアンプを接地電位(ステム)につなぐための接地用ボンディングワイヤが全体的に短くなる。従って、接地用ボンディングワイヤに存在するインダクタンスが低減するため、例えばGHz帯の高周波信号を伝送する際に、接地用ボンディングワイヤのインピーダンスが低くなる。これにより、プリアンプの接地電位がステムの電位とほぼ一致して安定化する。その結果、信号波形を良好に保った状態で伝送を行うことが可能となる。
【0008】
好ましくは、受光素子は、ステムの中央部に配置され、接地用柱部は、受光素子の両側にそれぞれ配置されている。この場合には、受光素子の出力信号をプリアンプに入力するための信号用ボンディングワイヤの両側に、接地用ボンディングワイヤがそれぞれ配設されることになる。このため、信号ラインの低インピーダンス化が図られるので、信号波形をより良好に保つことができる。
【0009】
また、好ましくは、プリアンプは、信号入力パッドと、信号入力パッドに隣接して配置された接地パッドとを有し、信号入力パッドと受光素子とが第1ボンディングワイヤを介して電気的に接続され、接地パッドと接地用柱部とが第2ボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。これにより、受光素子とプリアンプとの電気的接続、接地用柱部とプリアンプとの電気的接続を簡単かつ確実に行うことができる。
【0010】
さらに、好ましくは、ステム及び接地用柱部はコバールで形成されている。コバールは、パッケージの材料として一般的であり、また高周波特性も良く有利である。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光受信モジュールの好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【0012】
図1は、本発明に係る光受信モジュールの一実施形態を示す平面図であり、図2は、図1に示す光受信モジュールの垂直方向断面図である。また、図3は、図1に示す光受信モジュールの回路構成図である。
【0013】
各図において、本実施形態の光受信モジュール1は、コバールで形成された略円形のステム2を有し、このステム2には、複数本(ここでは5本)のリードピン3〜7が設けられている。リードピン3は、ステム2を接地電位にするためのピンであり、ステム2の中央部においてステム2の裏面に固着されている。リードピン4,5は、電源電圧供給用のピンであり、リードピン6,7は、電気信号出力用のピンである。これらのリードピン4〜7は、ステム2を貫通していると共に、絶縁ガラス8を介してステム2に固定されている。なお、図示はしないが、ステム2には、球面レンズを中央部に有する蓋部が取り付けられている。
【0014】
ステム2上にはダイキャップコンデンサ(平行平板コンデンサ)9が設けられ、このダイキャップコンデンサ9の上面には受光素子10が載置されている。受光素子10は、光受信モジュール1の上方に配置された光ファイバ(図示せず)から出射された光信号を受光して電気信号に変換する半導体素子である。ダイキャップコンデンサ9は、受光素子10をステム2の中央部に位置させるように配置されている。これにより、光ファイバから出射された光が球面レンズ(前述)を介して効率良く受光素子10に入射されることになる。
【0015】
受光素子10は、図3及び図4に示すように、フォトダイオード11を有し、このフォトダイオード11のアノードは電極12と接続され、フォトダイオード11のカソードは電極13と接続されている。また、フォトダイオード11のカソードは、抵抗14を介して電極15と接続され、抵抗14の両端にはダイオード16が並列接続されている。
【0016】
電極15は、ボンディングワイヤ17,18とステム2上に設けられたダイキャップコンデンサ19の上面電極とを介して、リードピン4と電気的に接続されている。これにより、受光素子10には、リードピン4からの電源電圧が印加されるようになる。
【0017】
ダイキャップコンデンサ19の下面電極は、ステム2と電気的に接続され、接地されている。これにより、ダイキャップコンデンサ19は、受光素子10に印加される電源のカップリングコンデンサとして機能することとなる。
【0018】
上記の受光素子10を搭載したダイキャップコンデンサ9の上面電極は、ボンディングワイヤ20を介して、受光素子10の電極13と電気的に接続されている。また、ダイキャップコンデンサ9の下面電極は、ステム2と電気的に接続され、接地されている。これにより、ダイキャップコンデンサ9と抵抗14とがCRフィルタ(LPF)回路を構成することになり、受光素子10の安定した動作が実現可能となる。
【0019】
ダイキャップコンデンサ9の上面電極には、上面に開口したダイボンド材流れ止め用の溝部21が形成されている。これにより、受光素子10をダイキャップコンデンサ9の上面に固定すべく、ダイキャップコンデンサ9の上面のチップ搭載エリアにダイボンド材を塗布した際に、ダイボンド材がダイキャップコンデンサ9上を流れて拡がることが防止される。従って、ダイキャップコンデンサ9の上面電極と受光素子10とのワイヤボンディングを確実に行うことができる。
【0020】
ステム2上において、ダイキャップコンデンサ9に対してダイキャップコンデンサ19の反対側には、プリアンプ22がダイキャップコンデンサ9に隣接するように設けられている。プリアンプ22は、受光素子10の出力信号を増幅する集積回路(IC)であり、図3に示すように多段接続されたOPアンプ23,24を有している。また、ステム2上において、ダイキャップコンデンサ9の両側には、直方体形状をもったコバール製の接地用柱部25がそれぞれ立設され、各接地用柱部25の外側には、ダイキャップコンデンサ26,27が配置されている。
【0021】
また、プリアンプ22は、図3及び図5に示すように、電源パッド28と、信号入力パッド29と、信号出力パッド30,31と、接地パッド32,33と、補助パッド34とを有している。電源パッド28は、ボンディングワイヤ35,36とダイキャップコンデンサ26の上面電極とを介して、リードピン5と電気的に接続されている。これにより、プリアンプ22には、リードピン5からの電源電圧が印加されるようになる。
【0022】
ダイキャップコンデンサ26の下面電極は、ステム2と電気的に接続され、接地されている。これにより、ダイキャップコンデンサ26は、プリアンプ22に印加される電源のカップリングコンデンサとして機能することとなる。
【0023】
信号入力パッド29は、受光素子10と対向するように配置され、ボンディングワイヤ37を介して受光素子10の電極12と電気的に接続されている。これにより、受光素子10の出力信号が信号入力パッド29に入力される。
【0024】
信号出力パッド30,31は、ボンディングワイヤ38,39を介してリードピン6,7とそれぞれ電気的に接続されている。なお、信号出力パッド31は、信号出力パッド30から出力される信号とは位相が180度異なる相補信号を出力するものである。これにより、プリアンプ22の出力信号が、リードピン6,7を介して外部に送られる。
【0025】
接地パッド32は信号入力パッド29の両側にそれぞれ配置されており、擬似的なコプレーナ構造を形成している。各接地パッド32は、ボンディングワイヤ40を介して各接地用柱部25と電気的に接続され、接地されている。これにより、信号ラインの低インピーダンス化を図ることができる。また、接地パッド33は、ボンディングワイヤ41を介してステム2と直接電気的に接続され、接地されている。
【0026】
補助パッド34は、ボンディングワイヤ42を介して、ダイキャップコンデンサ27の上面電極と電気的に接続されている。ダイキャップコンデンサ27の下面電極は、ステム2と電気的に接続され、接地されている。ダイキャップコンデンサ27は、プリアンプ22に内蔵されているCRフィルタ回路(LPF)の容量不足を補うために外付けしたものである。
【0027】
図6は、比較例として、従来の光受信モジュールの一つを示した平面図である。図中、上記の光受信モジュール1と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【0028】
同図において、光受信モジュール50は、ステム2上に設けられたダイキャップコンデンサ51を有し、このダイキャップコンデンサ51の上面電極は4つの電極部52A〜52Dに分割されている。ダイキャップコンデンサ51の下面電極は、ステム2と電気的に接続され、接地されている。ステム2の中央部に位置する電極部52Bには受光素子10が載置され、この受光素子10は、ボンディングワイヤ53を介して電極部52Bと電気的に接続されている。
【0029】
ダイキャップコンデンサ51の一端側の電極部52Dは、ボンディングワイヤ54を介してプリアンプ22の電源パッドと電気的に接続されていると共に、ボンディングワイヤ55を介してリードピン5と電気的に接続されている。ダイキャップコンデンサ51の電極部52Dと下面電極とは、プリアンプ22に印加される電源のカップリングコンデンサとして機能している。
【0030】
ダイキャップコンデンサ51の残りの2つの電極部52A,52Cは、ボンディングワイヤ56を介して、プリアンプ22の接地パッドとそれぞれ電気的に接続されていると共に、ボンディングワイヤ57を介して、ステム2とそれぞれ電気的に接続されている。つまり、各電極部52A,52Cは、プリアンプ22の接地パッドとステム2とを接続するワイヤリングの中継点として機能している。
【0031】
しかし、このような構造では、プリアンプ22の接地パッドを接地電位とするためのボンディングワイヤが全体的に長くなってしまうため、以下の問題点が生じる。即ち、例えば直径が30〜50μmの通常のボンディングワイヤでは、長さ1mm当たり1nHのインダクタンスが寄生的に存在すると考えられる。このインダクタンスは、1GHzの信号に対しては数Ωのインピーダンスに相当するため、10GHzの高速信号を扱う場合には、数十Ωのインピーダンスが生じることになる。
【0032】
上記の光受信モジュール50においては、プリアンプ22の接地パッドから、数Ωのインピーダンスを有するボンディングワイヤ56を介してダイキャップコンデンサ51に至り、ダイキャップコンデンサ51の電極部52A,52Cと下面電極との間の容量を見込んだ上で、更にダイキャップコンデンサ51から、数Ωのインピーダンスを有するボンディングワイヤ57を介してステム2に至る。つまり、プリアンプ22の接地パッドからL,C,Lの等価回路を経てステム2に至る構成となってしまう。
【0033】
この場合には、コプレーナ構造を構成するようにプリアンプ22の信号入力パッドの両脇に設けられた接地パッドが、GHz帯、特に10GHz帯を越えるような超高周波帯では、有効に機能しないものとなってしまう。具体的には、ボンディングワイヤ56,57に存する数Ω〜数十Ωのインピーダンスによってプリアンプ22の接地パッドの接地電位が不安定になるため、プリアンプ22の動作も不安定になり、良好な信号波形を得ることが困難になる。
【0034】
これに対し、本実施形態の光受信モジュール1では、受光素子10を搭載したダイキャップコンデンサ9の両側に接地用柱部25を設け、この接地用柱部25とプリアンプ22の接地パッド32とをボンディングワイヤ40で直結するようにしたので、接地パッド32の接地に必要なボンディングワイヤ長が短くて済む。このため、ボンディングワイヤ40が有するインダクタンス成分が低減するので、ボンディングワイヤ40のインピーダンスが低くなる。また、プリアンプ22の接地パッド32とステム2との間には、L,C,Lの等価回路が存在することは無い。これにより、接地パッド32の接地電位を有効にステム2の電位に一致させることができる。従って、1GHz帯を越えるような高周波信号帯域であっても、プリアンプ22の動作が安定化すると共に、信号波形が良好な状態に保たれる。
【0035】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、接地用柱部25をダイキャップコンデンサ9の両脇に配置し、各接地用柱部25とプリアンプ22の接地パッド32とをボンディングワイヤ40で直結する構成としたが、接地用柱部25の数は1つでも良いし、3つ以上あっても良い。また、ステム2及び接地用柱部25の金属材料としては、上記のコバールの他に、鉄にニッケルめっきを施したものや、銅にニッケルめっきを施したものを使用してもよい。さらに、各部品の電気的接続のための部材としては、ボンディングワイヤの他に、リボンを使用してもよい。
【0036】
【発明の効果】
本発明によれば、ステム上に、ステムと電気的に接続されるように金属製の接地用柱部を設け、接地用柱部とプリアンプとを電気的に接続するようにしたので、プリアンプの接地電位を安定化させることができる。これにより、プリアンプの動作を安定化させ、信号の発振等を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光受信モジュールの一実施形態を示す平面図である。
【図2】図1のII−II線断面図である。
【図3】図1に示す光受信モジュールの回路構成図である。
【図4】図1に示す受光素子の拡大平面図である。
【図5】図1に示すプリアンプの拡大平面図である。
【図6】比較例として、従来の光受信モジュールの一つを示す平面図である。
【符号の説明】
1…光受信モジュール、2…ステム、10…受光素子、22…プリアンプ、25…接地用柱部、29…信号入力パッド、32…接地パッド、37…ボンディングワイヤ(第1ボンディングワイヤ)、40…ボンディングワイヤ(第2ボンディングワイヤ)。
Claims (4)
- 金属製のステムと、
前記ステム上に設けられ、光信号を受光して電気信号に変換する受光素子と、
前記ステム上に設けられ、前記受光素子の出力信号を増幅するプリアンプと、
前記ステムと電気的に接続されるように前記ステム上に設けられた金属製の接地用柱部とを備え、
前記接地用柱部と前記プリアンプとが電気的に接続されていることを特徴とする光受信モジュール。 - 前記受光素子は、前記ステムの中央部に配置され、
前記接地用柱部は、前記受光素子の両側にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項1記載の光受信モジュール。 - 前記プリアンプは、信号入力パッドと、前記信号入力パッドに隣接して配置された接地パッドとを有し、
前記信号入力パッドと前記受光素子とが第1ボンディングワイヤを介して電気的に接続され、前記接地パッドと前記接地用柱部とが第2ボンディングワイヤを介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項1または2記載の光受信モジュール。 - 前記ステム及び前記接地用柱部はコバールで形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の光受信モジュール。
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