JP4127652B2

JP4127652B2 - 光モジュール

Info

Publication number: JP4127652B2
Application number: JP2003024746A
Authority: JP
Inventors: 禎久藁科; 章吾井山; 桂田畑; 安司星野
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: JP2004235571A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体光デバイスを用いた高周波信号伝送用の光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高周波信号伝送用の光モジュールに適用される半導体光デバイスは、セラミック製パッケージ或いはプラスチック製パッケージにより構成されているのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。その理由としては、高周波信号伝送を行う際にはコプレーナガイドやマイクロストリップライン等のＴＥＭ波伝送線路を半導体光デバイスのパッケージ自体に形成する必要があるからである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１８９５１５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような光モジュールにあっては、ＴＥＭ波伝送線路を形成するために半導体光デバイスのパッケージ構造が複雑化してしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、メタルキャンパッケージを有する半導体光デバイスを用いて高周波信号伝送を実現させた光モジュールを提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る光モジュールは、半導体光素子をメタルキャンパッケージ内に収容し、メタルキャンパッケージのステム部に形成された貫通孔から信号伝送ピンを突出させた半導体光デバイスと、厚さ方向に沿った端面にステム部の裏面を接触させた状態で半導体光デバイスが取り付けられると共に、信号伝送配線、並びに信号伝送配線から所定の距離をもって信号伝送配線の両側に形成された第１のグランド配線及び第２のグランド配線を有する配線基板とを備え、信号伝送配線は、ステム部の裏面から離間し、信号伝送ピンの側面に接触した状態で、半田又は導電性接着剤により信号伝送ピンと接続されており、第１のグランド配線及び第２のグランド配線は、ステム部の裏面に接触した状態で、半田又は導電性接着剤によりステム部の裏面と接続されていることを特徴とする。
【０００７】
この光モジュールにおいては、半導体光デバイスの信号伝送ピンと配線基板の信号伝送配線とによって信号伝送ラインが形成される。そして、信号伝送配線の両側に位置する第１のグランド配線と第２のグランド配線とがステム部の貫通孔の周囲部分に接触しているため、ステム部と各グランド配線とによって、信号伝送ラインに沿ってその両側にグランド領域が連続することになる。したがって、信号伝送ピンと信号伝送配線とを信号伝送ラインとして、メタルキャンパッケージ内の半導体光素子に対し高周波信号を伝送することができ、これにより、メタルキャンパッケージを有する半導体光デバイスを用いて高周波信号伝送を行うことが可能になる。
【０００８】
また、配線基板において信号伝送配線が形成された面に対向する面には、信号伝送配線に対向する第３のグランド配線が形成され、第３のグランド配線は周囲部分に接触していることが好ましい。これにより、信号伝送ラインの両側だけでなく信号伝送配線の形成面に対向する側にも、ステム部と第３のグランド配線とによって、信号伝送ラインに沿って連続するグランド領域が形成される。したがって、光モジュールの高周波信号伝送特性を向上させることができる。
【０００９】
また、信号伝送ピンを包囲して第１のグランド配線と第２のグランド配線との間に掛け渡されると共に、ステム部の裏面に接触した状態で、半田又は導電性接着剤により第１のグランド配線、第２のグランド配線及びステム部の裏面と接続されている導電部材を備え、導電部材と信号伝送ピンとの間隙には誘電部材が充填されていることが好ましい。このように、各グランド配線間に掛け渡され且つステム部の貫通孔の周囲部分に接触させられた導電部材により信号伝送ピンを包囲することで、光モジュールの高周波信号伝送特性のより一層の向上を図ることができる。更に、導電部材と信号伝送ピンとの間隙に誘電部材が充填されているため、信号伝送ピンにおけるインピーダンスと配線基板の信号伝送配線におけるインピーダンスとの不整合を緩和することが可能になり、光モジュールの高周波信号伝送特性をさらに向上させることができる。
【００１０】
また、導電部材の内壁面は、貫通孔の内壁面に沿って湾曲していることが好ましい。これにより、導電部材の内壁面と貫通孔の内壁面とがほぼ連続することになるため、光モジュールの高周波信号伝送特性を良好にすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光モジュールの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
［第１の実施形態］
図１及び図２に示すように、第１の実施形態の光モジュール１は半導体光デバイス２を有している。この半導体光デバイス２は、ＴＯ−ＣＡＮタイプのメタルキャンパッケージ３内に高速動作可能なフォトダイオード（半導体光素子）４及びフォトダイオード４に接続されたプリアンプ５を収容したものである。図３に示すように、メタルキャンパッケージ３のステム部６には４つの貫通孔７が形成されており、各貫通孔７にはリードピン８が貫通した状態で配置されている。この貫通孔７の内壁面とリードピン８との間隙は、ガラス封止部材９によって封止されている。
【００１４】
図１〜図３に示すように、半導体光デバイス２は、テフロン（登録商標）或いはガラスエポキシ等の誘電体からなる基材が複数積層された多層プリント基板である配線基板１１に実装されている。具体的には、半導体光デバイス２は、配線基板１１の厚さ方向に沿った端面１１ａにステム部６の裏面６ａを接触させ、且つ２組のリードピン８の間に配線基板１１を挟み込んだ状態で、配線基板１１に取り付けられている。
【００１５】
ここで、配線基板１１の最上層基材の表面１１ｂ側に延在している１組のリードピン８は、プリアンプ５からの差動電気信号を伝送する信号伝送ピン８ａ，８ｂである。一方、配線基板１１の最下層基材の裏面１１ｃ側に延在している１組のリードピン８は電源ピン８ｃやグランドピン８ｄである。なお、配線基板１１としては、多層のプリント基板に限らず、単層のプリント基板、単層のセラミック基板や多層のセラミック基板であってもよい。
【００１６】
図１に示すように、配線基板１１の表面１１ｂには、信号伝送ピン８ａの側面に接触する信号伝送配線１２ａと、信号伝送ピン８ｂの側面に接触する信号伝送配線１２ｂとが形成されており、各信号伝送配線１２ａ，１２ｂは、配線基板１１に実装された信号処理回路（図示せず）に向かって延在し、その信号処理回路に接続されている。各信号伝送配線１２ａ，１２ｂの信号伝送ピン８ａ，８ｂ側の端部は、表面１１ｂの端面１１ａ側の端部には到達せず、ステム部６の裏面６ａから離間している。
【００１７】
また、配線基板１１において信号伝送配線１２ａの外方側には、信号伝送配線１２ａから所定の距離をもって第１のグランド配線１３ａが形成されている。同様に、信号伝送配線１２ｂの外方側には、信号伝送配線１２ｂから所定の距離をもって第１のグランド配線１３ｂが形成されている。各グランド配線１３ａ，１３ｂは、各信号伝送配線１２ａ，１２ｂに沿って形成され、接地電位に接続されている。そして、各グランド配線１３ａ，１３ｂは、表面１１ｂの端面１１ａ側の端部に到達して、ステム部６の裏面６ａにおける貫通孔７の周囲部分（図４に示す２点鎖線の外側の部分）に接触している。
【００１８】
さらに、配線基板１１において信号伝送配線１２ａと信号伝送配線１２ｂとの間には、各信号伝送配線１２ａ，１２ｂのそれぞれから所定の距離をもって第２のグランド配線１４が形成されている。この第２のグランド配線１４は、信号伝送配線１２ａ，１２ｂに沿って延在し、接地電位に接続されている。そして、この第２のグランド配線１４は、表面１１ｂの端面１１ａ側の端部に到達して、ステム部６の裏面６ａにおける貫通孔７の周囲部分に接触している。
【００１９】
したがって、配線基板１１の表面１１ｂ上においては、信号伝送ピン８ａと信号伝送配線１２ａとは、その両側に形成された第１のグランド配線１３ａと第２のグランド配線１４とに挟まれることになる。同様に、信号伝送ピン８ｂと信号伝送配線１２ｂとは、その両側に形成された第１のグランド配線１３ｂと第２のグランド配線１４とに挟まれることになる。
【００２０】
また、図４に示すように、配線基板１１の最上層基材の裏面１１ｄには、その全面に渡って第３のグランド配線１６が形成されている。すなわち、この第３のグランド配線１６は、信号伝送配線１２ａ，１２ｂが形成された表面１１ｂに対向する裏面１１ｄに形成されて、各信号伝送配線１２ａ，１２ｂに対向することになる。そして、この第３のグランド配線１６は、接地電位に接続されると共に、ステム部６の裏面６ａにおける貫通孔７の周囲部分に接触している。
【００２１】
なお、各配線１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４，１６は、配線基板１１の基材に銅等の導電性材料をプリントすることで形成される。また、ステム部６の裏面６ａと各グランド配線１３ａ，１３ｂ，１４，１６とは、半田或いは導電性接着剤等により確実に接続される。同様に、各信号伝送ピン８ａ，８ｂと信号伝送配線１２ａ，１２ｂとも、半田或いは導電性接着剤等により確実に接続される。そして、半田により接続する場合には、通常の高周波部材の半田付け方法に則り、可能な限り盛上り等のないように行うことが望ましい。
【００２２】
以上のように構成された第１の実施形態の光モジュール１においては、半導体光デバイス２の信号伝送ピン８ａと配線基板１１の信号伝送配線１２ａとによって信号伝送ラインが形成される。そして、信号伝送配線１２ａの両側に位置する第１のグランド配線１３ａと第２のグランド配線１４とがステム部６の裏面６ａにおける貫通孔７の周囲部分に接触しているため、ステム部６と各グランド配線１３ａ，１４とによって、信号伝送ラインに沿ってその両側にグランド領域が連続することになる。このような構成は、信号伝送ピン８ｂと信号伝送配線１２ｂとによって形成される信号伝送ラインについても同様である。
【００２３】
さらに、配線基板１１の誘電体製の基材を介して各信号伝送配線１２ａ，１２ｂに対向するよう形成された第３のグランド配線１６がステム部６の裏面６ａにおける貫通孔７の周囲部分に接触しているため、ステム部６と第３のグランド配線１６とによって、上述した２本の信号伝送ラインに沿ってその下方にもグランド領域が連続することになる。
【００２４】
これにより、ＴＥＭ波伝送線路がステム部６から配線基板１１に渡って連続して形成されることになるため、信号伝送ピン８ａ及び信号伝送配線１２ａと、信号伝送ピン８ｂ及び信号伝送配線１２ｂとをそれぞれ信号伝送ラインとして、メタルキャンパッケージ３内のプリアンプ５から高周波信号を伝送することが可能になる。
【００２５】
このように、第１の実施形態の光モジュール１によれば、メタルキャンパッケージ３を有する半導体光デバイス２を用いた高周波信号伝送が可能になるため、ＴＯ−ＣＡＮタイプ等、汎用性の高い半導体光デバイス２を適用して光モジュール１のコストダウンを図ることができる。
【００２６】
なお、光モジュール１においては、第３のグランド配線１６を設けず、第１のグランド配線１３ａ，１３ｂ及び第２のグランド配線１４を設けるだけでも、所定の高周波信号伝送が可能である。
【００２７】
［第２の実施形態］
第２の実施形態の光モジュール１は、図５〜図７に示すように、信号伝送ピン８ａを包囲する導電部材２１を有している点で第１の実施形態の光モジュール１と異なっている。以下、第１の実施形態の光モジュール１との相違点を中心に、第２の実施形態の光モジュール１について説明する。なお、第２の実施形態では、フォトダイオード４に接続されたプリアンプ５の出力がシングルエンドの場合を想定している。そこで、高周波信号が信号伝送ピン８ａのみから出力される場合について説明する。当然ながら、第１の実施形態同様、プリアンプ５の出力が差動で信号伝送ピン８ｂからも出力が得られる場合には、以下で説明する信号伝送ピン８ａへの処置とまったく同じ処置を信号伝送ピン８ｂにも施すことになる。
【００２８】
図７に示すように、導電部材２１は、銅等の導電性材料により断面Ｃ字状に形成され、その内壁面２１ａは、ステム部６に形成された貫通孔７の内壁面７ａに沿って湾曲している。このような形状を有する導電部材２１は、その端面２１ｂがステム部６の裏面６ａにおける貫通孔７の周囲部分に接触した状態で（図６参照）、第１のグランド配線１３ａと第２のグランド配線１４との間に掛け渡され、半田或いは導電性接着剤等により確実に接続される。同様に、導電部材２１の端面２１ｂとステム部６の裏面６ａとも、半田或いは導電性接着剤等により確実に接続される。これにより、導電部材２１の内壁面２１ａと貫通孔７の内壁面７ａとがほぼ連続することになる。
【００２９】
さらに、導電部材２１の内壁面２１ａと信号伝送ピン８ａとの間隙には、テフロン（登録商標）等の誘電体からなる誘電部材２２が挿入されている。この誘電部材２２を挿入することで、信号伝送ピン８ａにおけるインピーダンスと配線基板１１の信号伝送配線１２ａにおけるインピーダンスとの不整合を緩和することが可能になる。なお、誘電部材２２の材料としてシリコーン樹脂を用いてもよい。これによれば、導電部材２１の内壁面２１ａと信号伝送ピン８ａとの間隙に誘電体を容易且つ確実に充填することが可能になる。
【００３０】
以上のように構成された第２の実施形態の光モジュール１においては、誘電部材２２を介在させて導電部材２１により信号伝送ピン８ａを包囲することで、フォトダイオード４に接続されたプリアンプ５からの電気信号の遮断周波数を著しく向上させ、プリアンプ５の本来の特性を十分に発揮させることができる。したがって、第２の実施形態の光モジュール１によれば、高周波信号伝送特性をより一層向上させることが可能になる。
【００３１】
なお、第１の実施形態同様、プリアンプ５の出力が差動で、信号伝送ピン８ｂからも出力が得られる場合には、信号伝送ピン８ａ側と同様に、信号伝送ピン８ｂ側にも導電部材２１及び誘電部材２２を設ければよい。また、導電部材２１の内壁面２１ａと信号伝送ピン８ａとの間隙に誘電部材２２を挿入しなくても、導電部材２１を設けないものに比べれば、光モジュール１の高周波特性を向上させることができる。
【００３２】
本発明は上述した第１及び第２の実施形態に限定されない。例えば、上記第１及び第２の実施形態は、半導体光デバイス２が、半導体光素子として受光素子であるフォトダイオード４が接続されたプリアンプ５を有する場合であったが、半導体光デバイス２が有する半導体光素子としては、光検出素子であるフォトダイオード単体や、レーザダイオード等の発光素子であってもよい。発光素子の場合には、配線基板１１に実装された駆動回路から発光素子へ高周波信号を伝送することが可能である。
【００３３】
また、第２の実施形態において、導電部材２２は断面Ｃ字状であったが、これに限らない。例えば、断面Ｕ字状等であって、導電部材２１の内壁面２１ａと貫通孔７の内壁面７ａとが不連続になっても、第１のグランド配線１３ａと第２のグランド配線１４との間に掛け渡されて信号伝送ピン８ａを包囲し、且つステム部６の裏面６ａにおける貫通孔７の周囲部分に接触させられるものであれば、光モジュール１の高周波信号伝送特性を向上させることができる。
【００３４】
さらに、図８に示すように、配線基板１１における信号伝送配線１２ａの両側に第１のスルーホール２３ａと第２のスルーホール２３ｂとを形成し、第１のスルーホール２３ａ内に形成された配線２４により第１のグランド配線１３ａと第３のグランド配線１６とを電気的に接続し、第２のスルーホール２３ｂ内に形成された配線２４により第２のグランド配線１４と第３のグランド配線１６とを電気的に接続してもよい。このような構成を採用することで、光モジュール１の高周波特性のさらなる向上を図ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る光モジュールによれば、メタルキャンパッケージを有する半導体光デバイスを用いて高周波信号伝送を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光モジュールの第１の実施形態の正面図である。
【図２】図１に示す光モジュールの左側面図である。
【図３】図１に示す光モジュールの底面図である。
【図４】図１に示すIV−IVに沿った要部端面図である。
【図５】本発明に係る光モジュールの第２の実施形態の正面図である。
【図６】図５に示す光モジュールの拡大左側面図である。
【図７】図５に示すVII−VIIに沿った要部端面図である。
【図８】本発明に係る光モジュールの他の実施形態の要部端面図である。
【符号の説明】
１…光モジュール、２…半導体光デバイス、３…メタルキャンパッケージ、４…フォトダイオード（半導体光素子）、５…フォトダイオードが接続されたプリアンプ（半導体光素子）、６…ステム部、７…貫通孔、７ａ…内壁面、８ａ，８ｂ…信号伝送ピン、１１…配線基板、１１ｂ…表面、１１ｄ…裏面、１２ａ，１２ｂ…信号伝送配線、１３ａ，１３ｂ…第１のグランド配線、１４…第２のグランド配線、１６…第３のグランド配線、２１…導電部材、２１ａ…内壁面、２２…誘電部材。

Claims

半導体光素子をメタルキャンパッケージ内に収容し、前記メタルキャンパッケージのステム部に形成された貫通孔から信号伝送ピンを突出させた半導体光デバイスと、
厚さ方向に沿った端面に前記ステム部の裏面を接触させた状態で前記半導体光デバイスが取り付けられると共に、信号伝送配線、並びに前記信号伝送配線から所定の距離をもって前記信号伝送配線の両側に形成された第１のグランド配線及び第２のグランド配線を有する配線基板とを備え、
前記信号伝送配線は、前記ステム部の裏面から離間し、前記信号伝送ピンの側面に接触した状態で、半田又は導電性接着剤により前記信号伝送ピンと接続されており、
前記第１のグランド配線及び前記第２のグランド配線は、前記ステム部の裏面に接触した状態で、半田又は導電性接着剤により前記ステム部の裏面と接続されていることを特徴とする光モジュール。
前記信号伝送ピンを包囲して前記第１のグランド配線と前記第２のグランド配線との間に掛け渡されると共に、前記ステム部の裏面に接触した状態で、半田又は導電性接着剤により前記第１のグランド配線、前記第２のグランド配線及び前記ステム部の裏面と接続されている導電部材を備え、
前記導電部材と前記信号伝送ピンとの間隙には誘電部材が充填されていることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
前記導電部材の内壁面は、前記貫通孔の内壁面に沿って湾曲していることを特徴とする請求項２記載の光モジュール。
前記配線基板において前記信号伝送配線が形成された面に対向する面には、前記信号伝送配線に対向する第３のグランド配線が形成され、前記第３のグランド配線は前記ステム部の裏面に接触し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モジュール。