JP2000019473A - 光モジュールの実装構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱分離構造を有し、伝送線路の形成スペース
が小さいマイクロストリップラインを用いるためのＧＮ
Ｄ接続構造を有する光モジュールの実装構造を提供す
る。 【解決手段】 高周波端子５がパッケージ４に設けら
れ、このパッケージ４にはグランド付きコプレーナ伝送
線路１９が形成され、誘電体基板１２がキャリアベース
１５に搭載されており、高周波端子側のキャリア端にお
いてキャリア表面が露出し、このキャリアベース１５の
露出部分とグランド付きコプレーナ伝送線路１９のグラ
ンド領域と、マイクロストリップライン１６と、グラン
ド付きコプレーナ伝送線路１９の信号領域がそれぞれボ
ンディングワイヤ１７により接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光モジュールの実
装構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】このような分野の技術としては、例え
ば、以下に示すようなものがあった。 （１）回路実装学会誌 Ｖｏｌ．１０、Ｎｏ．５（１９
９５）ｐｐ．３０６−３０９、「半導体光制御デバイス
と実装」 井戸 立身、井上 宏明 （２）電子情報通信学会論文誌 Ｃ−Ｉ，Ｖｏｌ．Ｊ７
７−Ｃ−Ｉ，Ｎｏ．５、ｐｐ．３５２−３６２，１９９
４、「集積ホトニクスを目指した光実装技術」中島 啓
幾 以下、上記文献（１）と（２）に開示される装置につい
て、順次説明する。

【０００３】図５は従来の光モジュールの構成を示す図
であり、図５（ａ）はその光モジュールの平面図、図５
（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ′線断面図である。これら
の図において、１０１は光変調器、１０２はストリップ
ライン、１０３は終端抵抗器、１０４はワイヤボンド、
１０５はキャリア、１０６Ａ，１０６Ｂは非球面レン
ズ、１０７Ａ，１０７Ｂは光ファイバ、１０８は高周波
コネクタ、１０９は入出力電気端子、１１０は電子冷却
素子、１１１はパッケージである。

【０００４】この装置は、図５に示すように、光変調器
１０１とその光変調器１０１を搭載するためのキャリア
１０５と光変調器１０１に光ファイバ１０７Ａからの光
信号を入射させるための非球面レンズ１０６Ａと光変調
器１０１から放射された光信号を光ファイバ１０７Ｂに
入射させるための非球面レンズ１０６Ｂと光ファイバ１
０７Ａ，１０７Ｂと光変調器１０１を恒温動作させるた
めの電子冷却素子１１０と光変調器１０１に高周波電界
を印加するための高周波コネクタ１０８とストリップラ
イン１０２とインピーダンス整合のための終端抵抗器１
０３とこれらを収納するためのパッケージ１１１から構
成されている。キャリア１０５上に形成されたストリッ
プライン１０２は、パッケージ１１１に固定された高周
波コネクタ１０８に直接接続されている。

【０００５】この光変調器１０１は、電界吸収型光変調
器であり、ＰＩＮ構造を有する光導波路を有しており、
このＰＩＮ層に電界を加えることによって光の吸収量を
変化させ、光の強度変調を行う。この光変調器１０１の
変調帯域は素子容量によって制限されているので、光変
調器１０１の素子長を１００μｍ以下に短くして低容量
化を図り、４０ＧＨｚ程度の広帯域化を実現している。

【０００６】しかし、ストリップライン１０２と終端抵
抗器１０３を形成した高周波基板は、少なくとも１ｍｍ
以上の幅を必要とするので、キャリア部の素子を搭載す
る部分の幅Ｗ〔図５（ｂ）参照〕が、この高周波基板の
幅により制限されてしまう。キャリア幅Ｗを高周波基板
の幅に合わせると、レンズにより変調器両端面に集光す
る光がキャリア部分に当たってしまい、十分な集光（光
結合）が得られず、また不要な光の散乱を生じてしま
う。

【０００７】そこで、この従来例では、素子長の短い従
来の電界吸収型光変調器に光導波路を一体形成した導波
路集積化電界吸収型光変調器を使用し、変調器領域の長
さを短く保ったまま導波路領域を設けることにより、全
体の素子長を長くし、上記問題点を解決し、実装を可能
にしている。次に、上記文献（２）に示される従来の装
置について説明する。

【０００８】図６は従来の他の光モジュールの回路図、
図７はその光モジュールの構成を示す斜視図である。こ
れらの図において、２０１は変調器集積型ＤＦＢ−ＬＤ
（ＥＡＭ／ＤＦＢ−ＬＤ）、２０２は信号入力部、２０
３はＧ−ＣＰＬ（Ｇｒｏｕｎｄｅｄ Ｃｏｐｌａｎａｒ
Ｌｉｎｅ）、２０４はサーミスタ、２０５はＴＥＣ
（ＴｈｅｒｍｏＥｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｏｌｅｒ：電
子冷却素子）、２０６はＩＬＤ（ＬＤ電流端子）、２０
７は終端抵抗器（５０Ω）、２０８，２１０は集光用レ
ンズ、２０９はアイソレータ（ＩＳＯ）、２１１は光フ
ァイバ、２１２は光出力、２１３は受光素子、２１４は
高速フィードスルーコネクタ、２１５はメタルキャリ
ヤ、２１６は配線である。

【０００９】この光モジュールは、これらの図に示すよ
うに、変調器集積型ＤＦＢ−ＬＤ（ＥＡＭ／ＤＦＢ−Ｌ
Ｄ）２０１とこのＥＡＭ／ＤＦＢ−ＬＤ２０１を搭載す
るためのメタルキャリア２１５と電子冷却素子（ＴＥ
Ｃ）２０５と高周波信号をＥＡＭ／ＤＦＢ−ＬＤ２０１
に印加するための高周波伝送路であるＧ−ＣＰＬ２０３
とパッケージ側の高周波伝送路である高速フィードスル
ーコネクタ２１４と光ファイバ２１２とアイソレータ
（ＩＳＯ）２０９と集光用レンズ２０８，２１０などか
ら構成されている。

【００１０】ＥＡＭ／ＤＦＢ−ＬＤ２０１とＧ−ＣＰＬ
２０３は、メタルキャリア２１５上に搭載され、さらに
ＴＥＣ２０５に搭載されている。このＧ−ＣＰＬ２０３
と高速フィードスルーコネクタ２１４間は、パッケージ
側からの熱の流量を防止するために物理的に離した構造
となっており、配線２１６はワイヤボンディングで行っ
ている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記文
献（１）に示される従来の光モジュールでは、キャリア
１０５上に形成されたストリップライン１０２は、パッ
ケージ１１１に固定された高周波コネクタ１０８に直接
接続されているので、外気の温度が変動した場合、高周
波コネクタ１０８とストリップライン１０２が接続され
た部分を通して、パッケージ１１１外部からの熱が光変
調器１０１へ流入するため、電子冷却素子１１０による
冷却能力の低下と、その恒温動作の精度低下が生じると
いう問題点があった。

【００１２】また、この構造では、ストリップライン１
０２がパッケージ１１１に固定されているので、パッケ
ージ１１１とキャリア１０５間に温度差が生じると、熱
膨張差によって接続部にひずみが生じ、信頼性が低下す
るという問題点もあった。この問題点を解決する構造と
して、上記（２）の従来の光モジュールがある。この光
モジュールでは、Ｇ−ＣＰＬ２０３と高速フィードスル
ーコネクタ２１４間を、物理的に離した構造となってお
り、配線２１６はワイヤボンディングで行っているの
で、パッケージ側からの熱の流量を防止することが可能
である。Ｇ−ＣＰＬ２０３と高速フィードスルーコネク
タ２１４間の距離を離すと熱分離の効果は向上するが、
一方ワイヤボンディング長が長くなり、寄生インダクタ
ンスが増加し、高周波特性が劣化する。すなわち、熱特
性と高周波特性は、トレードオフの関係にある。

【００１３】また、上記文献（２）の従来の光モジュー
ルでは、高周波伝送路にＧ−ＣＰＬ２０３を使用してい
るのでグランド（ＧＮＤ）−信号（ＳＩＧ）−グランド
（ＧＮＤ）という伝送路の構成とするためキャリア上に
ＧＮＤを形成する領域が必要となる。このためキャリア
の光軸方向の長さが長くなり、上記（１）の従来の光モ
ジュールに適用した場合、レンズがキャリアにぶつかっ
てしまい、また、この解決策として導波路集積化電界吸
収型光変調器を使用しても導波路の集積化に伴う光挿入
損失が増加するという問題点があった。

【００１４】伝送線路としてマイクロストリップライン
を用いると、形成スペースを小さくすることが可能とな
るが、伝送線路が形成される基板の裏面のみがＧＮＤと
なっているので伝送線路間（この例では、高周波コネク
タとの接続）が困難である。本発明は、上記問題点を除
去し、熱分離構造を有し、伝送線路の形成スペースが小
さいマイクロストリップラインを用いるためのＧＮＤ接
続構造を有する光モジュールの実装構造を提供すること
を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕光素子とこの光素子を搭載するための導電性のキ
ャリアと光信号の入出力用の光ファイバと高周波電気信
号を供給するために設けられた高周波端子と光素子を恒
温するための電子冷却素子とマイクロストリップライン
が形成された誘電体基板と上記構成部材を保持し、収容
するためのパッケージからなる光モジュールの実装構造
において、高周波端子がパッケージに設けられ、このパ
ッケージにはグランド付きコプレーナ伝送線路が形成さ
れ、誘電体基板がキャリアに搭載されており、前記高周
波端子側のキャリア端においてキャリア表面が露出し、
このキャリアの露出部分と前記グランド付きコプレーナ
伝送線路のグランド領域と、マイクロストリップライン
と、グランド付きコプレーナ伝送線路の信号領域とがそ
れぞれワイヤにより接続されるようにしたものである。

【００１６】〔２〕光素子とこの光素子を搭載するため
の導電性のキャリアと光信号の入出力用の光ファイバと
高周波電気信号を供給するために設けられた高周波端子
と光素子を恒温するための電子冷却素子と第１のマイク
ロストリップラインが形成された誘電体基板と上記構成
部材を保持し、収容するためのパッケージからなる光モ
ジュールの実装構造において、高周波端子がパッケージ
に設けられ、このパッケージには第２のマイクロストリ
ップラインが形成され、誘電体基板がキャリアに搭載さ
れており、前記高周波端子側のキャリア端においてキャ
リア表面が露出し、このキャリアの露出部分と前記キャ
リア側グランド領域と、第１のマイクロストリップライ
ンと、第２のマイクロストリップラインとがそれぞれワ
イヤにより接続されるようにしたものである。

【００１７】〔３〕上記〔２〕記載の光モジュールの実
装構造において、前記キャリアと高周波端子のどちらか
一方もしくは双方のマイクロストリップラインを形成し
た誘電体基板を凸形状としマイクロストリップラインを
延長するようにしたものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。図１は本発明の実施例を示す光モジ
ュールの構成図であり、図１（ａ）はその平面図、図１
（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ′線断面図である。この実
施例では、これらの図に示すように、光素子として光変
調器チップ１４と、この光変調器チップ１４を固定する
ためのチップキャリア１と、光信号の入出力用の光ファ
イバ２と、高周波電気信号を供給するための高周波端子
５と、光信号を光変調器チップ１４に入射するため及び
光変調器チップ１４から放射された光を集光するための
レンズ６と、このレンズ６を保持固定するためのレンズ
ホルダ７と、これらレンズ６及びチップキャリア１を搭
載するためのベース８と、チップキャリア１に搭載した
光変調器チップ１４を恒温するための電子冷却素子９
と、上記構成部材を保持、収容するためのパッケージ４
から構成されている。

【００１９】なお、図１において、１０は終端抵抗器、
１６はマイクロストリップライン、１８はリードであ
る。図２は本発明の第１実施例のチップキャリアとその
周辺の詳細図であり、図２（ａ）はその平面図、図２
（ｂ）は図２（ａ）の右側面図である。これらの図に示
すように、チップキャリア１は、高周波端子５からの高
周波電気信号を光変調器チップ１４に供給するための高
周波伝送線路であるマイクロストリップライン１６を形
成した高周波基板（誘電体基板）１２と、高周波端子５
側と逆側でこのマイクロストリップライン１６の端に形
成した整合用の終端抵抗器１０と、この高周波基板１２
と光変調器チップ１４を搭載する金属製のキャリアベー
ス１５から構成されている。

【００２０】このチップキャリア１の高周波端子５側の
高周波基板１２は、その長さがキャリアベース１５より
も短くなっており、キャリアベース１５の表面が露出し
ている。パッケージ４側の高周波端子５は、セラミック
等の表面にグランド（ＧＮＤ）−信号（ＳＩＧ）−グラ
ンド（ＧＮＤ）のパターンを形成したグランド付きコプ
レーナ伝送線路１９が接続されている。

【００２１】高周波端子５とチップキャリア１に形成さ
れた伝送線路は、ボンディングワイヤ１７によってお互
いに接続されている。高周波端子５側のＧＮＤ端子は、
チップキャリア１のキャリアベース１５が露出している
部分との間で接続され、高周波端子５側のＳＩＧ端子は
高周波基板１２上のマイクロストリップライン１６と接
続されている。

【００２２】以上のように、第１実施例によれば、チッ
プキャリア１の伝送線路に、高周波基板１２上のマイク
ロストリップライン１６を用い、このキャリア１のパッ
ケージ側にキャリアベース１５が露出した部分を設けて
おり、そしてパッケージ側の高周波端子５がグランド付
きコプレーナ伝送線路１９であり、これらマイクロスト
リップライン１６と高周波端子５間をボンディングワイ
ヤ１７で接続することが可能であるので、以下のような
効果が得られる。

【００２３】（１）チップキャリア１の伝送線路として
形成スペースの小さいマイクロストリップライン１６
（グランド付きコプレーナ伝送線路１９に比べ）が使用
でき、レンズとキャリアとのぶつかりが防止でき、モジ
ュールの小型化が可能となる。 （２）パッケージとキャリア間がハードな部材で固定さ
れていないので、熱膨張差等によるモジュールの劣化を
防止でき、信頼性が増す。

【００２４】（３）パッケージとキャリア間がボンディ
ングワイヤ１７でのみ接続されているので、冷却特性に
優れている。次に、本発明の第２実施例について説明す
る。図３は本発明の第２実施例を示すチップキャリアと
その周辺の詳細図であり、図３（ａ）はその平面図、図
３（ｂ）は図３（ａ）の右側面図である。

【００２５】この実施例において、上記第１実施例と同
様な部分については、同じ符合を付して、それらの説明
は省略する。図３に示すように、この実施例では、基本
的には、第１実施例の高周波端子部のみが変更された構
造である。パッケージ４側の高周波端子５１は、マイク
ロストリップライン２０を形成したセラミック等の高周
波基板（誘電体基板）２１と、そのＧＮＤとなる金属板
２２から構成されている。この高周波端子５１のチップ
キャリア１側の高周波基板２１は、その長さが金属板２
２よりも短くなっており金属板２２の表面が露出してい
る。

【００２６】高周波端子５１とチップキャリア１に形成
された双方のマイクロストリップライン、つまり、第１
のマイクロストリップライン１６と第２のマイクロスト
リップライン２０は、ボンディングワイヤ１７によって
お互いに接続されている。また、そのマイクロストリッ
プラインのＧＮＤとなるキャリアベース１５と金属板２
２の露出部分もボンディングワイヤ１７によってお互い
に接続されている。

【００２７】以上のように、第２実施例によれば、チッ
プキャリア１とパッケージ側の高周波端子５１が同様な
マイクロストリップライン伝送線路から構成されてお
り、ＧＮＤ接続用の金属部分が露出しており、同種の伝
送線路を用いているため、第１実施例に比べ、高周波特
性がさらに向上し、高周波端子５１が容易に形成でき低
コスト化を図ることができる。

【００２８】次に、本発明の第３実施例について説明す
る。図４は本発明の第３実施例を示すチップキャリアと
その周辺の詳細図であり、図４（ａ）はその平面図、図
４（ｂ）はその右側面図である。この実施例において、
上記第１及び第２実施例と同様な部分については、同じ
符合を付して、それらの説明は省略する。

【００２９】この実施例では、チップキャリア６１と高
周波端子６５上のそれぞれの高周波基板（誘電体基板）
６２と６６は、それが凸形状に加工され、マイクロスト
リップライン１６と２０が先端部分まで形成されてい
る。この構造により、金属板２２とキャリアベース１５
は、部分的に高周波基板６２と６６から見て露出してい
る。ＧＮＤ配線は、この露出部分間で行われる。

【００３０】以上のように、第３実施例によれば、露出
部分を制限し、チップキャリア６１と高周波端子６５間
のマイクロストリップラインの距離を、第１及び第２実
施例に比べて短くすることが可能であるので、高周波特
性をさらに向上することが可能となる。本発明は、更に
以下の利用形態を有する。

【００３１】第１から第３実施例では、光素子として光
変調器チップを適用した例について説明したが、光素子
としては、レーザダイオード、ホトダイオードなどを用
いた光モジュールにも適用可能である。また、第１から
第３実施例で説明したチップキャリアと高周波端子構造
をそれぞれ組み合わせた構成の光モジュールにも適用可
能である。

【００３２】また、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可
能でありこれらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００３３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、次のような効果を奏することができる。 （１）請求項１記載の発明によれば、光素子キャリアと
して伝送線路に高周波基板上のマイクロストリップライ
ンを用い、この光素子キャリアのパッケージ側にキャリ
アベースが露出した部分を設けており、そしてパッケー
ジ側の高周波端子がグランド付きコプレーナ伝送線路で
あり、これらマイクロストリップラインと高周波端子間
をボンディングワイヤで接続するようにしたので、光素
子キャリアの伝送線路としてグランド付きコプレーナ伝
送線路に比べ、形成スペースの小さいマイクロストリッ
プラインが使用でき、レンズとキャリアとのぶつかりが
防止でき、モジュールの小型化が可能となる。

【００３４】また、パッケージとキャリア間がハードな
部材で固定されていないので、熱膨張差等によるモジュ
ールの劣化を防止でき、信頼性を向上させることができ
る。更に、パッケージとキャリア間がボンディングワイ
ヤでのみ接続されているので、冷却特性に優れている。 （２）請求項２記載の発明によれば、光素子キャリアと
パッケージ側の高周波端子が同様なマイクロストリップ
ライン伝送線路から構成されており、高周波端子のＧＮ
Ｄ接続用の金属部分が露出しており、同種の伝送線路を
用いているため、上記（１）に比べて、高周波特性がさ
らに向上し、高周波端子を容易に形成することができ、
低コスト化を図ることができる。

【００３５】（３）請求項３記載の発明によれば、露出
部分を制限し、チップキャリアと高周波端子間のマイク
ロストリップライン間の距離を、上記（１）及び上記
（２）に比べて短くすることが可能であるので、高周波
特性をさらに向上することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す光モジュールの構成図で
ある。

【図２】本発明の第１実施例を示すチップキャリアとそ
の周辺の詳細図である。

【図３】本発明の第２実施例を示すチップキャリアとそ
の周辺の詳細図である。

【図４】本発明の第３実施例を示すチップキャリアとそ
の周辺の詳細図である。

【図５】従来の光モジュールの構成を示す図である。

【図６】従来の他の光モジュールの回路図である。

【図７】従来の他の光モジュールの構成を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１，６１ チップキャリア ２ 光ファイバ ４ パッケージ ５，５１，６５ 高周波端子 ６ レンズ ７ レンズホルダ ８ ベース ９ 電子冷却素子 １０ 終端抵抗器 １２，２１，６２，６６ 高周波基板（誘電体基板） １４ 光変調器チップ １５ キャリアベース １６，２０ マイクロストリップライン １７ ボンディングワイヤ １８ リード １９ グランド付きコプレーナ伝送線路 ２２ 金属板 ５１，６５ 高周波端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H037 BA03 BA12 DA03 DA04 DA05 DA38 2H079 AA02 BA01 CA04 DA16 EA01 EA11 EA32 EB05 HA15 KA01 KA11 5F073 AB15 AB21 AB27 AB28 BA01 EA14 FA06 FA25 FA27 GA23 5F088 AA01 BA15 BA20 BB01 EA09 JA03 JA10 JA12 JA14 JA18 JA20

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光素子と該光素子を搭載するための導電
   性のキャリアと光信号の入出力用の光ファイバと高周波
   電気信号を供給するために設けられた高周波端子と光素
   子を恒温するための電子冷却素子とマイクロストリップ
   ラインが形成された誘電体基板と上記構成部材を保持
   し、収容するためのパッケージからなる光モジュールの
   実装構造において、 高周波端子がパッケージに設けられ、該パッケージには
   グランド付きコプレーナ伝送線路が形成され、誘電体基
   板がキャリアに搭載されており、前記高周波端子側のキ
   ャリア端においてキャリア表面が露出し、該キャリアの
   露出部分と前記グランド付きコプレーナ伝送線路のグラ
   ンド領域と、マイクロストリップラインと、グランド付
   きコプレーナ伝送線路の信号領域とがそれぞれワイヤに
   より接続されていることを特徴とする光モジュールの実
   装構造。
2. 【請求項２】 光素子と該光素子を搭載するための導電
   性のキャリアと光信号の入出力用の光ファイバと高周波
   電気信号を供給するために設けられた高周波端子と光素
   子を恒温するための電子冷却素子と第１のマイクロスト
   リップラインが形成された誘電体基板と上記構成部材を
   保持し、収容するためのパッケージからなる光モジュー
   ルの実装構造において、 高周波端子がパッケージに設けられ、該パッケージには
   第２のマイクロストリップラインが形成され、誘電体基
   板がキャリアに搭載されており、前記高周波端子側のキ
   ャリア端においてキャリア表面が露出し、該キャリアの
   露出部分と前記キャリア側グランド領域と、第１のマイ
   クロストリップラインと、第２のマイクロストリップラ
   インとがそれぞれワイヤにより接続されていることを特
   徴とする光モジュールの実装構造。
3. 【請求項３】 請求項２記載の光モジュールの実装構造
   において、前記キャリアと高周波端子のどちらか一方も
   しくは双方のマイクロストリップラインを形成した誘電
   体基板を凸形状としマイクロストリップラインを延長す
   るようにしたことを特徴とする光モジュールの実装構
   造。