JP2005167189A - 光−電気変換モジュール及びそれを用いた光トランシーバ - Google Patents

Abstract

【課題】 高周波特性が優れ、小型の光−電気変換モジュールを提供することにある。
【解決手段】 光信号を送信あるいは受信するための光素子８２と、その光素子８２を固定するためのステム８３ｓと、光素子８２をカバーするためのキャップ８３ｃと、光素子８２に電気信号を印加あるいは光素子８２からの電気信号を伝送する複数本のリード８６ａ〜８６ｃ，８６Ｒとを備え、ステム８３ｓとキャップ８３ｃとで構成されるパッケージ８３内に位置する所定のリード８６Ｒの一端に平面部２を設け、その平面部２に、一端が光素子８２に接続され他端がリード８６Ｒに接続される電気回路部品３を設けたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光素子と、パッケージの内外を貫通するリードとを備えた光−電気変換モジュール及びそれを用いた光トランシーバに関するものである。

図９に示すような従来の光−電気変換モジュール８１は、半導体レーザ（ＬＤ）素子８２を、パッケージ８３内のヒートシンク（コラム）８４に、サブマウント８５を介して搭載したものである。

パッケージ８３は、円盤状のステム８３ｓと、そのステム８３ｓの上面およびＬＤ素子８２を覆う（カバーする）円筒状のキャップ８３ｃとで構成される。このパッケージ８３は、一般にＣａｎパッケージと言われているものであり、ＬＤ素子８２を収納した安価な光−電気変換モジュール（ＬＤモジュール）のパッケージとして、最もよく使用される。

ステム８３ｓ上にはヒートシンク８４が固定され、ステム８３ｓにはパッケージ８３の内外を貫通する略円柱状のＦｅ系の金属からなるリード８６が複数本取り付けられる。キャップ８３の上部にはＬＤ素子８２のレーザ光Ｌを集光するレンズ８７が取り付けられる。

ＬＤ素子８２のカソードは、ＬＤ素子８２の表面に形成された金メッキからなるカソード電極８８とリード８６とをワイヤ８９でワイヤボンディングすることによって、リード８６と電気的に接続される。

また、ＬＤ素子８２の裏面であるアノードは、サブマウント８５に、サブマウント８５に形成された金メッキからなるアノード電極９０を介して半田固定される。ＬＤ素子８２が半田固定されたサブマウント８５は、ヒートシンク８４に半田固定される。

詳細は図示していないが、ステム８３ｓがアノードタイプの場合、ＬＤ素子８２のアノードは、アノード電極９０とサブマウント８５とを貫通するビアによって、もしくはアノード電極９０とヒートシンク８４とをワイヤでボンディングすることによって、ヒートシンク８４と電気的に接続される。フローティングタイプの場合には、ＬＤ素子７２のアノードは、アノード電極９０と別のリード８６とをワイヤでワイヤボンディングすることによって、別のリード８６と電気的に接続される。

ＬＤ素子８２はとても小さく、取り扱いや位置決めが難しいので、上述したように、予めサブマウント８５に搭載して取り扱いを容易にしてあり、このサブマウント８５がヒートシンク８４に搭載される。

光−電気変換モジュール８１は、電子機器に組み込まれて使用される。この電子機器には、ＬＤ素子８２を駆動するＬＤドライバや、ＬＤドライバなどの半導体素子が搭載された基板が備えられている。

また、近年の光通信は伝送速度がＧｂｐｓ以上と高速なので、例えば、光トランシーバなどの光通信に使用される電子機器には、ＬＤドライバからの高周波信号をＬＤ素子８２に伝送する同軸ケーブルが備えられる場合もある。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。

特開平５−３２７６１７号公報

しかしながら、光−電気変換モジュール８１は、パッケージ８３内のＬＤ素子８２と、ＬＤドライバ、基板、同軸ケーブルなどのパッケージ８３外の部品とのインピーダンス整合（マッチング）が、モジュール８１自身では考慮されていない。

一般にＬＤ素子８２のインピーダンス（例えば、約７Ω）は、ＬＤドライバや基板のインピーダンス（例えば、２５Ω）と異なっている。そのため、モジュール８１は、特に高周波信号でＬＤ素子８２を発光させると、ＬＤ素子８２とＬＤドライバ間、あるいはＬＤ素子８２と基板間で高周波信号が反射を起こし、ＬＤ素子８２やＬＤドライバが正確に動作せず、高周波特性が悪くなるという問題がある。

高周波信号の反射は、ＬＤ素子８２と同軸ケーブル（例えば、インピーダンス５０Ω）間でも生じるので、この場合にもモジュール８１の高周波特性が悪くなるという問題がある。

ＬＤ素子８２をパッケージ８３外の部品とインピーダンス整合するためには、以下の二つの方法が考えられる。

第一の方法は、パッケージ８３外にＬＤ素子８２と接続される終端（マッチング）用抵抗を設けてマッチングをとる方法である。しかし、第一の方法では、ＬＤ素子８２と終端用抵抗間の距離が長くなるので、ＬＤ素子８２と終端用抵抗間で高周波信号が反射を起こす場合があり、やはりモジュール８１の高周波特性が悪くなるという問題がある。つまり、終端用抵抗は、ＬＤ素子８２の近傍に設けないとマッチングの効果が十分に発揮されない。

第二の方法は、パッケージ８３内にＬＤ素子８２と接続される終端用抵抗を収納してマッチングをとる方法である。しかし、第二の方法では、パッケージ８３が小さいので、パッケージ８３内に新たに終端用抵抗を収納するのはスペース上難しい。したがって、パッケージ８３内に新たに終端用抵抗を収納すると、モジュール８１が大型になるという問題がある。また、この場合、終端用抵抗から発生する熱も問題になる。

そこで、本発明の目的は、高周波特性が優れ、小型の光−電気変換モジュール及びそれを用いた光トランシーバを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、光信号を送信あるいは受信する光素子と、その光素子を固定するステムと、前記光素子をカバーするキャップと、前記光素子に電気信号を印加あるいは前記光素子からの電気信号を伝送する複数本のリードとを備え、前記ステムと前記キャップとで構成されるパッケージ内に位置する前記所定のリードの一端に平面部を設け、その平面部に、一端が前記光素子に接続され他端が前記リードに接続される電気回路部品を設けた光−電気変換モジュールである。

請求項２の発明は、前記電気回路部品は、前記光素子を前記パッケージ外の部品とインピーダンス整合する終端用抵抗である請求項１記載の光−電気変換モジュールである。

請求項３の発明は、前記終端用抵抗は、板状の抵抗体の両端に電極が形成された薄膜抵抗であり、その厚さ方向が前記光素子の搭載面に垂直となるように配置される請求項２記載の光−電気変換モジュールである。

請求項４の発明は、前記薄膜抵抗には、前記一方の電極を厚さ方向に貫通し、前記一方の電極と前記平面部とを電気的に接続する貫通ビアが形成される請求項３記載の光−電気変換モジュールである。

請求項５の発明は、前記終端用抵抗は、直方体状の抵抗体の両端に電極が形成された厚膜抵抗であり、その厚さ方向が前記光素子の搭載面に垂直となるように配置される請求項２記載の光−電気変換モジュールである。

請求項６の発明は、前記電気回路部品は、抵抗、インダクタ、コンデンサを少なくとも一つ含む集積化された回路パターンが表面に形成された基板である請求項１記載の光−電気変換モジュールである。

請求項７の発明は、前記基板には、前記回路パターンを厚さ方向に貫通し、前記回路パターンと前記平面部とを電気的に接続する貫通ビアが形成される請求項６記載の光−電気変換モジュールである。

請求項８の発明は、前記あるリードは銅合金からなり、その径が前記光素子が接続されないリードの径より太い請求項１〜７いずれかに記載の光−電気変換モジュールである。

請求項９の発明は、前記パッケージの内外を貫通する貫通穴に断熱材を設け、その断熱材に前記あるリードを挿通した請求項１〜８いずれかに記載の光−電気変換モジュール。

請求項１０の発明は、請求項１〜９いずれかに記載された光−電気変換モジュールを用いた光トランシーバである。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。

（１）高周波特性が優れている。

（２）小型である。

（３）放熱性が優れている。

以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１（ａ）は本発明の好適実施の形態を示す光−電気変換モジュールの斜視図、図１（ｂ）はその回路図である。図１（ａ）は図６で後述するシングル回路でＬＤ素子を駆動する場合の実装例、図１（ｂ）はその配線例を示したものである。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る光−電気変換モジュール１は、光信号Ｌを送信する光素子としての端面発光型の半導体レーザ（ＬＤ）素子８２を、パッケージ８３内のヒートシンク（コラム）８４の一側面８４ｓに、セラミックスからなる板状のサブマウント８５を介して搭載したものである。

ヒートシンク８４は、例えば、Ｃｕ、ＣｕＷ、Ａｌ、Ｆｅなどの放熱性が高い金属で形成される。パッケージ８３は、同様に放熱性が高い金属で形成され、ＬＤ素子８２を固定する円盤状のステム８３ｓと、そのステム８３ｓの上面およびＬＤ素子８２を覆う（カバーする）円筒状のキャップ８３ｃとで構成されるＣａｎパッケージである。

ＬＤ素子８２を収納した光−電気変換モジュール１は、入力される電気信号を光信号に変換し、ＬＤ素子８２の光信号（レーザ光）Ｌとして出力（出射）するものであり、光素子モジュール、ＬＤ素子モジュールとも言う。

ステム８３ｓ上にはヒートシンク８４が固定され、ステム８３ｓにはステム８３ｓを上下に貫通する、すなわちパッケージ８３の内外を上下に貫通する複数本のリードとして、４本の略円柱状のリード８６ａ〜８６ｃ，８６Ｒが取り付けられる。各リード８６ａ〜８６ｃは、Ｆｅ系の金属で形成される。

また、リード８６ａは、ステム８３ｓを上下に貫通する貫通穴にガラスなどの円筒状の絶縁材を設け、その絶縁材に挿通されることで、ステム８３ｓと絶縁・断熱され、かつパッケージ８３内を気密保持する。リード８６ｂ，８６ｃはステム８３ｓと直結され、ステム８３ｓと電気的に接続される。キャップ８３の上部にはＬＤ素子８２のレーザ光Ｌを集光するレンズ８７が取り付けられる。

ＬＤ素子８２の裏面であるアノードは、サブマウント８５の一側面（ＬＤ素子８２の搭載面）８５ｓに、サブマウント８５に形成された金メッキからなるアノード電極９０を介して半田固定される。ＬＤ素子８２が半田固定されたサブマウント８５は、ヒートシンク８４に半田固定される。

詳細は図示していないが、ステム８３ｓがアノードタイプ（図１（ａ）参照）の場合、ＬＤ素子８２のアノードは、アノード電極９０とサブマウント８５とを貫通するビアによって、もしくはアノード電極９０とヒートシンク８４とをワイヤでボンディングすることによって、ヒートシンク８４と電気的に接続される。フローティングタイプ（図１３（ａ）参照）の場合には、ＬＤ素子７２のアノードは、アノード電極９０と別のリード（図１３で後述するリード８６Ｌ）とをワイヤでワイヤボンディングすることによって、別のリードと電気的に接続される。

本実施の形態では、端面発光型のＬＤ素子８２を使用しているので、ＬＤ素子８２は、ＬＤ素子８２の端面からレンズ８７に向けて上方に出射されるレーザ光Ｌの光軸が、ステム８３ｓおよびキャップ８３ｃの中心軸と、レンズ８７の中心軸とに一致するように、ヒートシンク８４にサブマウント８５を介して搭載される。

また、ヒートシンク８４のサブマウント８５を搭載するための一側面８４ｓと、サブマウント８５の表裏面（一側面８５ｓおよびその反対側の側面）とは、ＬＤ素子８２のレーザ光Ｌの光軸に対して平行（ＬＤ素子８２の発光部を有する端面に対して垂直）となるように平面加工される。

さて、光−電気変換モジュール１では、パッケージ８３内に位置するＬＤ素子８２近傍のリード８６Ｒの一端に、ＬＤ素子８２のレーザ光Ｌの光軸に対して平行（ＬＤ素子８２の発光部を有する端面に対して垂直）となるように平面加工された略板状の平面部２を設け、その平面部２の一側面２ｓに、一端がＬＤ素子８２と接続され他端がリード８６Ｒに接続される電気回路部品として、ＬＤ素子８２をＬＤドライバ、基板、同軸ケーブルなどのパッケージ８３外の部品とインピーダンス整合（マッチング）する終端用抵抗３を搭載したものである。リード８６Ｒは、Ｃｕ、Ｃｕ合金、あるいはＦｅなどのＦｅ系の金属で形成される。

平面部２は、後述するワイヤボンディングを容易に行うために、ヒートシンク８４の一側面８４ｓや、サブマウント８５の表裏面に対しても平行となるように、リード８６Ｒの一端部（図１では上端部）に設けられる。後述するワイヤ８９ｕ，８９ｄを打つ平面同士は、互いに平行でなくてはならず、ワイヤ８９ｕ，８９ｄを打つ平面同士が互いに平行でないと、ワイヤボンディングが行えないからである。平面部２は、リード８６Ｒの一端部に後付けして設けてもよいし、リード８６Ｒの一端部をプレス加工したり、つぶしたりして形成してもよい。

終端用抵抗３は、セラミックス材の表面に薄膜状の抵抗体を形成してなる薄板状の抵抗体３ｒの両端に、ＡｕやＣｕなどの金属からなる電極３ｕ，３ｄが形成された薄板状の薄膜抵抗（薄膜型のチップ抵抗）である。

終端用抵抗３は、その厚さ方向がＬＤ素子８２の搭載面であるサブマウント８５の一側面８５ｓに垂直となるように配置される。本実施の形態では、端面発光型のＬＤ素子８２を使用しているので、終端用抵抗３は、両端の電極３ｕ，３ｄが上下となるように、リード８６Ｒの平面部２の一側面２ｓに、例えば、導電性の接着剤あるいは半田で固定されて搭載される。

ＬＤ素子８２のカソードは、ＬＤ素子８２の表面に形成されたカソード電極８８と終端用抵抗３の電極３ｕとをワイヤ８９ｕでワイヤボンディングし、終端用抵抗３の電極３ｄとリード８６Ｒとをワイヤ８９ｄでワイヤボンディングすることによって、終端用抵抗３を介してリード８６Ｒと電気的に接続される。

リード８６Ｒのリード径φＲは、ＬＤ素子８２が電気的に接続されない他のリード８６ａ〜８６ｃのリード径φよりも公差や製造上のバラツキ以上に太く形成する。例えば、リード径の寸法がφ０．４５±０．０４（ｍｍ）と規定されている場合、φＲ＞０．４９（ｍｍ）とすれば良い。

これは、φＲの径をより太くすることで、終端用抵抗３から発生した熱がＬＤ素子８２により伝わりにくくなる一方、ステム８３ｓやキャップ８３ｃ、あるいはステム８３ｓの下方に露出したリード８６Ｒにより伝わりやすくなるので、パッケージ８３外に効率よく逃がす（放熱する）ことができるからである。

なお、この放熱効果は、上述した例で言えば、φＲ≦０．４９ｍｍでも発揮されるので、リード８６Ｒのリード径φＲを必ずしもφＲ＞０．４９ｍｍにする必要はない。

リード８６Ｒは、ステム８３ｓを上下に貫通する、すなわち、パッケージ８３の内外を上下に貫通する円柱状の貫通穴４に、ステム８３ｓの厚さとほぼ同じ長さで貫通穴４に嵌合する円筒状の断熱材５を設け、その断熱材５に挿通される。断熱材５としては、リード８６Ｒとステム８３ｓとを絶縁する絶縁材も兼ねる材質、例えば、低融点ガラス、エポキシ樹脂、泡ガラス、多孔質セラミックスを使用する。

各部品がステム８３ｓに搭載、あるいは取り付けられた後、パッケージ８３内に室温で不活性なガス（例えば、Ｎ₂ ）が充填されるように、ステム８３ｓとキャップ８３ｃとを抵抗溶接で気密封止する。

より詳細には、ＬＤ素子８２はパッケージ８３の略中心に配置され、ＬＤ素子８２のカソード電極８８はパッケージ８３の中心より図１（ａ）では右側にオフセットした配置となっている。

従って、ＬＤ素子８２のカソード電極８８とリード８６Ｒとの最短の電気的接続を実現するために、図１（ａ）では右端のリード８６Ｒの一端に平面部２を設け、この平面部２に終端用抵抗３を搭載し、カソード電極８８と終端用抵抗３の電極３ｕとをワイヤ８９ｕで、また、終端用抵抗３の電極３ｄとリード８６Ｒとをワイヤ８９ｄでそれぞれワイヤボンディングすることにより接続している。

また、ＬＤ素子８２の直下近傍となるステム８３ｓ上には、ＬＤ素子８２の光出力をモニタするためのモニタＰＤ（フォトダイオード）９１が実装されている。モニタＰＤ９１のアノードは、図１では右端のリード８６ａの一端とワイヤ９１ｗでワイヤボンディングすることにより、リード８６ａと電気的に最短で接続することができる。モニタＰＤ９１の裏面はカソードである。

つまり、リード８６ａはモニタＰＤ９１のアノード用、リード８６ｂ，８６ｃはモニタＰＤ９１のカソード用およびＬＤ素子８２のアノード用、リード８６ＲはＬＤ素子８２のカソード用である。

以上の構成である光−電気変換モジュール１は、パッケージ８３外の部品であるＬＤドライバ、回路基板、同軸ケーブルなどが備えられた光トランシーバなどの電子機器に組み込まれて使用される。

次に、光−電気変換モジュール１を用いた光トランシーバの一例を説明する。

図１２に示すように、光トランシーバ１２１は、回路基板１２２と、その回路基板１２２が内部に固定され、上方の大部分および後方が開放形成された略箱状の下部ケース１２３と、その下部ケース１２３の上方に開放された部分のほとんどを覆う略板状の上部ケース（ふた）１２４とで主に構成される。

この光トランシーバ１２１は、外部機器のフロントパネル開口部に、回路基板１２２の他端部と共に着脱可能に設けられ、かつ図示しない光コネクタが着脱（挿抜）可能に設けられるプラガブルタイプである。外部機器としては、スイッチングハブやメディアコンバータなどの通信機器が挙げられる。

下部ケース１２３と、上部ケース１２４とは、例えば、ＺｎやＡｌなどの放熱性が高い金属でダイカストによって一括形成される。ＺｎやＡｌなどの放熱性が高い金属を切削加工して下部ケース１２３と、上部ケース１２４とを形成してもよい。

回路基板１２２の一端（前端）には、半田付けにより、ＬＤモジュール１２５と、ＰＤ（フォトダイオード）モジュール１２６とがそれぞれ接続されて固定される。このＬＤモジュール１２５は、図１の光−電気変換モジュール１に、光軸調整するためのカラー、光−電気変換モジュール１を図示しない光コネクタと光結合させるためのフェルールを装着して構成される。ＰＤモジュール１２６もＬＤモジュール１２５とほぼ同じ構成である。

回路基板１２２の他端（後端）部には、図示しない外部機器のカードエッジコネクタと嵌合するカードエッジ部１２７が形成される。詳細は図示していないが、カードエッジ部１２７には、回路基板１２２と外部機器とを電気的に接続するための接続端子が形成される。

回路基板１２２には、配線パターンや端子が形成され、ＬＤモジュール１２５およびＰＤモジュール１２６が送受信する信号を制御する制御ＩＣ１２８、ＬＤモジュール１２５に備えられたＬＤ素子を駆動するＬＤドライバ６２などの電子部品が搭載される。

下部ケース１２３の一端部には、伝送路となる光ファイバを備えた光コネクタが着脱（挿抜）可能に設けられるコネクタ差込口１２９が２本並列に形成される。コネクタ差込口１２９の他端側となる下部ケース１２３には、ＬＤモジュール１２５とＰＤモジュール１２６とが保持される保持部１３０が形成される。

コネクタ差込口１２９の両側壁１２９ｓには、回路基板１２２の他端部と共に光トランシーバ１２１を外部機器から引き抜くための、図示しない引き抜き用レバーが回動可能に設けられる。

下部ケース１２３の底面は、両側壁１２３ｓよりも前方に短く形成される。すなわち、下部ケース１２３の他端部は、上方および後方と共に、下方が開放形成される。

この光トランシーバ１２１の組み立ては、下部ケース１２３に、ＬＤモジュール１２５、ＰＤモジュール１２６が固定された回路基板１２２を収納し、下部ケース１２３を上部ケース１２４で覆った後、下部ケース１２３に上部ケース１２４を４本の固定用ネジ１３１でネジ止め固定して行う。

本実施の形態の作用を説明する。

モジュール１は、ＬＤ素子８２が、終端用抵抗３を介してＬＤ素子８２近傍のリード８６Ｒと接続されているので、ＬＤ素子８２のインピーダンスと、ＬＤドライバ、基板、同軸ケーブルなどのパッケージ８３外の部品のインピーダンスとの整合をとることができる。

特に、図１２の光トランシーバ１２１などの光通信に使用される電子機器においては、高周波信号でＬＤ素子８２を発光させているが、この場合にも、ＬＤ素子８２とＬＤドライバ６２間、ＬＤ素子８２と回路基板１２２間、あるいはＬＤ素子８２と同軸ケーブル間で高周波信号が反射を起こすことはない。したがって、モジュール１は、高周波信号においてもＬＤ素子８２やＬＤドライバ６２が正確に動作し、高周波特性が優れている。

また、モジュール１は、リード８６Ｒの平面部２に終端用抵抗３が搭載されていることから、パッケージ８３内に終端用抵抗３を収納するための新たなスペースを最小限にできるので、小型である。

リード８６Ｒの平面部２に終端用抵抗３を搭載すると、ＬＤ素子８２とリード８６Ｒ間を流れる電流によって終端用抵抗３から熱が発生する。モジュール１は、リード８６Ｒに終端用抵抗３を搭載することで、終端用抵抗３から発生する熱がステム８３ｓを介さず、リード８６Ｒを伝わってパッケージ８３外に逃げるので、ＬＤ素子８２の熱の影響を受けづらく、また、ＬＤ素子８２に熱影響を与えることがない。したがって、モジュール１は放熱性が優れている。

特に、リード８６Ｒのリード径φＲを、ＬＤ素子８２が電気的に接続されない他のリード８６ａ〜８６ｃのリード径φよりも公差や製造上のバラツキ以上に太くすれば、終端用抵抗３から発生した熱がＬＤ素子８２により伝わりにくくなる一方、ステム８３ｓやキャップ８３ｃ、あるいはステム８３ｓの下方に露出したリード８６Ｒにより伝わりやすくなるので、パッケージ８３外に効率よく逃がす（放熱する）ことができる。

さらに、リード８６Ｒは断熱材５に挿通されることで、ステム８３ｓと断熱されている。したがって、モジュール１は、終端用抵抗３から発生した熱をＬＤ素子８２により伝えにくくし、パッケージ８３外により効率よく逃がすことができる。

また、モジュール１を用いた光トランシーバ１２１は、上述と同じ理由により、高周波特性が優れ、小型であり、放熱性が優れている。

図１（ａ）および図１（ｂ）では、図６で後述するシングル回路でＬＤ素子８２を駆動する例で説明したが、図７で後述する差動回路でＬＤ素子８２を駆動する場合の実装例を図１３（ａ）に、その配線例を図１３（ｂ）に示す。

図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、別の実施の形態に係る光−電気変換モジュール１３１は、図１のリード８６ａの代わりにリード８６Ｌを、図１のリード８６ｂの代わりにリード８６ｄを用いた例であり、ＬＤ素子８２のアノード側の電気的な接続、モニタＰＤ９１の電気的な接続以外は、図１の光−電気変換モジュール１と同じ構成である。

モジュール１３１のＬＤ素子８２は差動回路で駆動されるため、図１のリード８６Ｒと同じ構成のリード８６Ｌの一端に平面部２Ｌを設け、この平面部２Ｌに、図１の終端用抵抗３と同じ構成の終端用抵抗３Ｌを搭載している。さらに、アノード電極９０と終端用抵抗３Ｌの上端の電極とをワイヤ８９Ｌｕで、さらに終端用抵抗３Ｌの下端の電極とリード８６Ｌとをワイヤ８９Ｌｄでそれぞれワイヤボンディングすることにより、アノード電極９０とリード８６Ｌとを電気的に最短で接続することができる。

リード８６ｄは、図１のリード８６ａと同様、貫通穴と絶縁材とによってステム８３ｓと絶縁・断熱され、かつパッケージ８３内を気密保持する。モニタＰＤ９１は、ＬＤ素子８２の直下近傍のステム８３ｓ上に導電性のサブマウント９２を介して実装される。モニタＰＤ９１のアノードは、リード８６ｄの一端とワイヤ９１ｗでワイヤボンディングすることにより、リード８６ｄと電気的に最短で接続することができる。

つまり、リード８６ＬはＬＤ素子８２のアノード用、リード８６ｄはモニタＰＤ９１のカソード用、リード８６ｃはモニタＰＤ９１のアノード用、リード８６ＲはＬＤ素子８２のカソード用である。

なお、モニタＰＤ９１の電気的な接続を図１３（ａ）および図１３（ｂ）とは逆にしてもよい。この場合、ステム８３ｓとサブマウント９２間に絶縁部材を設け、モニタＰＤ９１のカソードとリード８６ｄの一端とをワイヤで接続し、モニタＰＤ６１のアノードとステム８３ｓの上面とをワイヤで接続する。

この光−電気変換モジュール１３１によっても、図１の光−電気変換モジュール１と同じ作用効果が得られる。

次に、他の実施の形態を説明する。

図２に示すように、終端用抵抗３の電極３ｄに、電極３ｄを厚さ方向に貫通し、電極３ｄと平面部２とを電気的に接続する貫通ビア２１を形成してもよい。貫通ビア２１は、円柱状のビアホール（バイアホール）の内壁に、ＡｕやＣｕをメッキしたものである。

貫通ビア２１を形成すると、ワイヤボンディングを１回行えばＬＤ素子８２（図１参照）とリード８６Ｒが電気的に接続され、図１のワイヤ８９ｄが不要となる。したがって、貫通ビア２１を形成しない場合に比べて、ＬＤ素子８２からリード８６Ｒまでの配線長が短くなるので、高周波特性がより良好になる。

図３に示すように、図１の終端用抵抗３の代わりに、終端用抵抗３１を使用してもよい。終端用抵抗３１は、セラミックス材の表面に厚膜状の抵抗体を形成してなる直方体状の抵抗体３１ｒの両端に、ＡｕやＣｕなどの金属からなる電極３１ｆ，３１ｂが形成された直方体状の厚膜抵抗（厚膜型のチップ抵抗）である。

終端用抵抗３１は、その厚さ方向がＬＤ素子８２の搭載面であるサブマウント８５の一側面８５ｓに垂直となるように配置される。本実施の形態では、端面発光型のＬＤ素子８２を使用しているので、終端用抵抗３１は、両端の電極３１ｆ，３１ｂが前後となるように、リード８６Ｒの平面部２の一側面２ｓに電極３１ｂの端面ｓｂが、例えば、導電性の接着剤あるいは半田で固定されて搭載される。

ＬＤ素子８２（図１参照）は、カソード電極８８（図１参照）と終端用抵抗３１の電極３１ｆの端面ｓｆとをワイヤ８９ｕでワイヤボンディングすることによって、終端用抵抗３１を介してリード８６Ｒと電気的に接続される。

終端用抵抗３１を使用すると、終端用抵抗３を使用する場合に比べて、ＬＤ素子８２からリード８６Ｒまでの配線長が短くなるので、高周波特性がより良好になる。また、一般に厚膜抵抗は薄膜抵抗より安価なので、低コストである。

上記実施の形態では、電気回路部品として終端用抵抗３，３１を用いた例で説明したが、電気回路部品としては、インダクタやコンデンサを用いてもよい。

例えば、図４に示すように、リード８６Ｒの平面部２の一側面２ｓに、ＬＤ素子８２（図１参照）と接続される電気部品として、抵抗、インダクタ、コンデンサを少なくとも一つ含む板状の基板（電気回路台座）４１を搭載してもよい。

基板４１の平面部２への取り付けは、例えば、基板４１の裏面に金メッキを施した後、平面部２に基板４１の裏面を半田付けする半田固定によって行う。

電気回路台座４１は、基板本体４２と、その基板本体４２の表面に形成される抵抗、インダクタ、コンデンサを少なくとも一つ含む集積化された回路パターン４３とで構成される。

ＬＤ素子８２（図１参照）は、カソード電極８８（図１参照）と基板４１の回路パターン４３の一端４３ｕとをワイヤ８９ｕでワイヤボンディングし、基板４１の回路パターン４３の他端４３ｄとリード８６Ｒとをワイヤ８９ｄでワイヤボンディングすることによって、基板４１を介してリード８６Ｒと電気的に接続される。

また、図５に示すように、回路パターン４３の他端４３ｄに、回路パターン４３の他端４３ｄを厚さ方向に貫通し、回路パターン４３の他端４３ｄと平面部２とを電気的に接続する貫通ビア５１を形成してもよい。貫通ビア５１を形成すると、貫通ビア５１を形成しない場合に比べて、ＬＤ素子８２（図１参照）からリード８６Ｒまでの配線長が短くなるので、高周波特性がより良好になる。

ここで、回路パターン４３の一例を説明する。まず、ＬＤ素子８２をシングル回路で駆動する一例を説明する。

図６に示すように、光−電気変換モジュール６１は、図１２の光トランシーバ１２１などの電子機器に組み込まれたとき、パッケージ８３が接地され、ＬＤ素子８２のカソードにＬＤ素子８２を高周波信号で駆動するＬＤドライバ（パルス発生器）６２が接続され、ＬＤ素子８２のアノードにバイアス電流を流す正電源のＤＣバイアス電源（＋）６３が接続される。

ＬＤドライバ６２は、直流分をカットするコンデンサＣと、ＬＤドライバ６２からの高周波信号をＬＤ素子８２に伝送する同軸ケーブル（例えば、インピーダンス５０Ω）６４ａと、パッケージ８３内の終端用抵抗（例えば、インピーダンス４３Ω）Ｒａとを介してＬＤ素子（例えば、インピーダンス約７Ω）８２のカソードに接続される。この終端用抵抗Ｒａは、図１〜図３で説明した終端用抵抗３（あるいは３１）と同じものである。

さらに、ＬＤ素子８２のカソードは、交流分をカットするパッケージ８３内のインダクタＬａを介して接地される。このインダクタＬａは、終端用抵抗Ｒａに並列接続される。インダクタＬａとパッケージ８３間には、ノイズフィルタであるコンデンサＣａがインダクタＬａに並列接続される。コンデンサＣａは、電源からの交流ノイズをＧＮＤに落とす機能や、インダクタＬａで完全にブロックできなかった高周波成分をＧＮＤに落とす機能も有している。

ＤＣバイアス電源６３とＬＤ素子８２のアノード間には、高周波信号成分の通り道であるコンデンサ（パスコン）ＣｂがＤＣバイアス電源６３に並列接続される。

モジュール６１は、シングル回路からＬＤドライバ６２、ＤＣバイアス電源６３、コンデンサＣ、同軸ケーブル６４ａを除いた部分で構成される。

以上の構成であるシングル回路では、ＤＣ（直流）は、ＤＣバイアス電源６３、ＬＤ素子８２、インダクタＬａ、アースの順で流れる（図６では一点鎖線で示した矢印Ｄ６）。また、交流成分は、コンデンサＣｂ、ＬＤ素子８２、抵抗Ｒａ、同軸ケーブル６４ａ、コンデンサＣ、ＬＤドライバ６２の順で流れる（図６では一点鎖線で示した矢印Ａ６）。

図４および図５の回路パターン４３は、例えば、上述した終端用抵抗Ｒａ、インダクタＬａ、コンデンサＣａを含んでいる。モジュール６１は、回路パターン４３が終端用抵抗Ｒａを含んでいることから、ＬＤ素子８２と同軸ケーブル６４ａとがインピーダンス整合されるので、ＬＤドライバ６２からの高周波信号でＬＤ素子８２が正確に駆動される。したがって、モジュール６１は高周波特性が優れている。

また、従来は、コンデンサＣと同軸ケーブル６４ａ間にインダクタＬａが並列接続されていた。この場合、バイアス電流が終端用抵抗Ｒａに流れるので、終端用抵抗Ｒａからの発熱が問題となった。

これに対し、モジュール６１は、回路パターン４３がインダクタＬａを含んでいることから、バイアス電流が終端用抵抗Ｒａではなく、インダクタＬａを介して流れるので、回路パターン４３が終端用抵抗Ｒａを含んでいても、終端用抵抗Ｒａからの発熱を防止できる。さらに、ＬＤドライバ６２からの高周波信号がＬＤ素子８２以外に流れることを防止できる。

次に、ＬＤ素子８２をＬＤドライバ６２で差動増幅する場合は、図７に示すような差動回路を使用する。

図７に示すように、光−電気変換モジュール７１は、図６のシングル回路の構成に加え、ＬＤドライバ６２とＬＤ素子８２のアノード間にコンデンサＣ、同軸ケーブル６４ｂ、終端用抵抗Ｒｂが接続され、さらに終端用抵抗ＲｂとコンデンサＣｂ間にインダクタＬｂが並列接続される。インダクタＬｂはインダクタＬａと同じ働きをする。また、この差動回路では、コンデンサＣｂはパスコンではなく、コンデンサＣａと同じ働きをする。これら終端用抵抗Ｒａ，Ｒｂは、図１〜３で説明した終端用抵抗３（あるいは３１）、図１３で説明した終端用抵抗３Ｌと同じものである。

以上の構成である差動回路では、ＤＣ（直流）は、ＤＣバイアス電源６３、インダクタＬｂ、ＬＤ素子８２、インダクタＬａ、アースの順で流れる（図７では一点鎖線で示した矢印Ｄ７）。また、交流成分は、コンデンサＣ、同軸ケーブル６４ａ、終端用抵抗Ｒａ、ＬＤ素子８２、終端用抵抗Ｒｂ、同軸ケーブル６４ｂ、コンデンサＣの順、あるいはその逆の順で流れる（図７では一点鎖線で示した矢印Ａ７）。

このモジュール７１は、差動回路を使用しているので、図６のシングル回路を使用したモジュール６１に比べて、信号の劣化が少ないという利点がある。その他の作用効果はモジュール６１と同様である。

回路パターンとしては、例えば、回路パターン４３の構成に加え、終端用抵抗Ｒｂ、インダクタＬｂ、コンデンサＣｂを含んでいてもよい。また、図６および図７では、正電源のＤＣバイアス電源６３を使用した例で説明したが、正電源の代わりに、負電源のＤＣバイアス電源を使用してもよい。この場合、ＬＤ素子８２のカソードに負電源を接続する。

図１〜図５で説明したリード８６Ｒの平面部２は、ヒートシンク８４の一側面８４ｓや、サブマウント８５の表裏面に対しても平行であったが、平面部としては、図８（ａ）に示すように、リード８６Ｒの一端部に、リード８６Ｒの軸方向に対して傾斜して設けられる略板状の平面部７２であっても、図８（ｂ）に示すように、リード７６Ｒの一端部に、リード８６Ｒの軸方向に対して垂直に設けられる円盤状の平面部７３であってもよい。

上記実施の形態では、光素子として端面発光型のＬＤ素子８２を使用した例で説明したが、光素子としては面発光型（ＶＩＣＳＥＬ型）のＬＤ素子を使用してもよい。この場合、例えば、図８（ｂ）の平面部７２が形成されたリード８６Ｒを使用する。

また、上記実施の形態では、光素子としてＬＤ素子８２を使用した例で説明したが、光素子としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子、フォトダイオード（ＰＤ）素子を使用してもよい。

（実施例）
抵抗値が２４Ωの終端用抵抗３を用い、抵抗を内蔵した図１の光−電気変換モジュール１を作製した。

（従来例）
抵抗を内蔵していない図９の光−電気変換モジュール８１を作製した。

実施例のＬＤ素子８２に、リード（リードピン）８６Ｒを介して１０Ｇｂ／ｓの高周波の疑似ランダム信号を入力させた時の光波形を図１０に示す。また、従来例のＬＤ素子８２に、リード８６を介して実施例と同様の信号を入力させた時の光波形を図１１に示す。図１０、図１１では、横軸を時間ｔ（２０ｐｓ／ｄｉｖ）にとり、縦軸を光パワーＶ（１６０μＷ／ｄｉｖ）にとった。

図１０に示すように、実施例は、内蔵された終端用抵抗３により、高周波信号線路（例えば、ＬＤ素子８２とＬＤドライバ間、ＬＤ素子８２と基板間、あるいはＬＤ素子８２と同軸ケーブル間）のインピーダンスの整合が取れているため、高周波信号線路での信号の反射が抑えられ、また、終端用抵抗３で発生した熱がリード８６Ｒを介してパッケージ８３外に伝わり、ＬＤ素子８２に熱が伝わらないので、光波形の歪みが少なく、高速の光通信が可能である。

例えば、図１０の点線で囲んだＸ部では、アイパターンの開口率（光波形の目の開き具合）が大きいので、実施例は光信号の識別が確かになり、伝送エラーの発生頻度が低いことがわかる。

これに対し、図１１に示すように、比較例は、抵抗が内蔵されておらず、高周波信号線路のインピーダンスの整合が取れていないため、高周波信号線路での信号の反射により、光波形の幅が広く、光波形が歪んでいる。

例えば、図１１の点線で囲んだＹ部では、アイパターンの開口率が小さいので、従来例は光信号の識別が不確かになり、伝送エラーの発生頻度が高いことがわかる。

図１（ａ）は本発明の好適実施の形態を示す光−電気変換モジュール（シングル回路駆動用）の斜視図、図１（ｂ）はその回路図である。 電気回路部品の一例を示す斜視図である。 電気回路部品の一例を示す斜視図である。 電気回路部品の一例を示す斜視図である。 電気回路部品の一例を示す斜視図である。 本実施の形態に係る光−電気変換モジュールおよびその周辺回路の一例を示す回路図である。 本実施の形態に係る光−電気変換モジュールおよびその周辺回路の一例を示す回路図である。 図８（ａ）はリードの一例を示す斜視図である。図８（ｂ）はリードの別の一例を示す斜視図である。 背景技術の光−電気変換モジュールの斜視図である。 実施例における光波形を示す図である。 従来例における光波形を示す図である。 本実施の形態に係る光−電気変換モジュールを用いた光トランシーバの一例を示す分解斜視図である。 図１３（ａ）は本発明の別の形態を示す光−電気変換モジュール（差動回路駆動用）の斜視図、図１３（ｂ）はその回路図である。

符号の説明

１ 光−電気変換モジュール
２ 平面部
３ 終端用抵抗（電気回路部品）
４ 貫通穴
５ 断熱材
８２ ＬＤ素子（光素子）
８３ パッケージ
８３ｓ ステム
８３ｃ キャップ
８６ａ〜８６ｃ，８６Ｒ リード

Claims (10)

1. 光信号を送信あるいは受信する光素子と、その光素子を固定するステムと、前記光素子をカバーするキャップと、前記光素子に電気信号を印加あるいは前記光素子からの電気信号を伝送する複数本のリードとを備え、前記ステムと前記キャップとで構成されるパッケージ内に位置する前記所定のリードの一端に平面部を設け、その平面部に、一端が前記光素子に接続され他端が前記リードに接続される電気回路部品を設けたことを特徴とする光−電気変換モジュール。
2. 前記電気回路部品は、前記光素子を前記パッケージ外の部品とインピーダンス整合する終端用抵抗である請求項１記載の光−電気変換モジュール。
3. 前記終端用抵抗は、薄板状の抵抗体の両端に電極が形成された薄膜抵抗であり、その厚さ方向が前記光素子の搭載面に垂直となるように配置される請求項２記載の光−電気変換モジュール。
4. 前記薄膜抵抗には、前記一方の電極を厚さ方向に貫通し、前記一方の電極と前記平面部とを電気的に接続する貫通ビアが形成される請求項３記載の光−電気変換モジュール。
5. 前記終端用抵抗は、直方体状の抵抗体の両端に電極が形成された厚膜抵抗であり、その厚さ方向が前記光素子の搭載面に垂直となるように配置される請求項２記載の光−電気変換モジュール。
6. 前記電気回路部品は、抵抗、インダクタ、コンデンサを少なくとも一つ含む集積化された回路パターンが表面に形成された基板である請求項１記載の光−電気変換モジュール。
7. 前記基板には、前記回路パターンを厚さ方向に貫通し、前記回路パターンと前記平面部とを電気的に接続する貫通ビアが形成される請求項６記載の光−電気変換モジュール。
8. 前記あるリードはＣｕ合金からなり、その径が前記光素子が接続されないリードの径より太い請求項１〜７いずれかに記載の光−電気変換モジュール。
9. 前記パッケージの内外を貫通する貫通穴に断熱材を設け、その断熱材に前記あるリードを挿通した請求項１〜８いずれかに記載の光−電気変換モジュール。
10. 請求項１〜９いずれかに記載された光−電気変換モジュールを用いたことを特徴とする光トランシーバ。
    

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