JP2003037329A - 光送信器 - Google Patents

光送信器

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JP2003037329A JP2001223200A JP2001223200A JP2003037329A JP 2003037329 A JP2003037329 A JP 2003037329A JP 2001223200 A JP2001223200 A JP 2001223200A JP 2001223200 A JP2001223200 A JP 2001223200A JP 2003037329 A JP2003037329 A JP 2003037329A
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chip
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impedance
terminal
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Yoshinori Sunaga
義則 須永
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボンディングワイヤを短くして寄生インダク
タンスを低減し、伝送の高速化と周波数特性の安定化を
低コストで実現できる光送信器を提供する。 【解決手段】 ステム１０上に立設したコラム１１に取
り付けられた発光素子チップ３０と、上記ステム１０と
絶縁されると共に上記ステム１０を貫通して設けられた
端子１４と、この端子１４と上記発光素子チップ３０と
の間を接続する接続部材とを有し、上記ステムは略同軸
状の形状をなして形成される光送信器において、上記接
続部材として、絶縁板４０に形成されたマイクロストリ
ップライン４１とこのマイクロストリップライン４１に
直列接続されたインピーダンス整合用抵抗素子４２とを
用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光伝送システムに
用いられる光送信器に係り、特に高速伝送時に良好な光
送信波形が得られる実装構造の光送信器に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】近年、データ通信において光伝送を用い
ることがごく一般的となり、そのキーデバイスである光
トランシーバも極めて大量に使用されるようになってき
ている。
【０００３】一方、その光トランシーバに求められる伝
送速度はますます高速になっており、近い将来、１０Ｇ
ｂｉｔ／ｓあるいはそれ以上の光トランシーバもごく当
たり前に大量に使われるようになると考えられる。この
ため、高速光伝送を低コストに実現する技術が以前に増
して強く求められている。
【０００４】高速な光送信器を実現するためにはレーザ
ダイオード（ＬＤ）あるいは外部変調器のような光素子
そのものを高速化することも重要であるが、光素子の実
装方法もキーポイントの一つである。すなわち、高速伝
送時に良好な光送信波形を得るために実装構造を工夫
し、かつそれを低コストに実現可能な構造にする必要が
ある。
【０００５】図５（ａ）に従来技術にかかる光送信器の
正面図を示し、図５（ｂ）にその上面図を示す。
【０００６】図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、従
来の光送信器は、光を出力するＬＤチップ３０と、この
ＬＤチップ３０の支持面を有するオーバーハング部が側
面に形成された半円柱状のコラム１１と、ＬＤチップ３
０の光軸と出力光が入力される光ファイバの光軸とが一
致するようにＬＤチップ３０を垂直に支持する円板状の
ステム１０と、ステム１０を貫通して設けられた３本の
端子１２〜１４とで主に構成されており、ＬＤチップ３
０の一方の電極とドライブ端子１４とはボンディングワ
イヤ１５で接続されていると共に他方の電極と共通端子
１３とは導電体であるステム１０、コラム１１を介して
電気的に接続されている。
【０００７】さらに、この光送信器は、ＬＤチップ３０
からの出力光の発光パワーをモニタするモニタＰＤチッ
プ３１がオーバーハング部の下方のステム１０上に設け
られており、モニタＰＤチップ３１の一方の電極はＰＤ
用端子１２と接続されていると共に他方の電極は共通端
子１３とボンディングワイヤ１６により接続されてい
る。
【０００８】そして、これらステム１０上に設けられた
部材は、上部にＬＤチップ３０からの出力光を通すレン
ズ２１が取り付けられたキャップ２０により覆われてい
る。
【０００９】以上のような実装構造は、現在非常によく
用いられている発光素子のパッケージであり、ＴＯカン
パッケージと呼ばれている。
【００１０】上述したステム１０、キャップ２０は金属
で形成されており、ＬＤチップ３０はハーメチックシー
ルされているため、極めて信頼性の高い実装方法であ
る。
【００１１】また、既に大量に用いられているため、組
立の自動化などが進んでおり、コスト的にも優れた方式
である。
【００１２】さらに、このパッケージは、同軸型の形状
で、軸方向に光を出すため、光コネクタを直接差し込め
るレセプタクル型の光送信器に容易に適用できる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術は、上述したようにＬＤチップ３０とドライブ端子１
４との間がボンディングワイヤ１５で接続されており、
このボンディングワイヤ１５に生じる寄生インダクタン
スにより速度低下が生じてしまうので、ボンディングワ
イヤ１５の長さはなるべく短くなるように設計されてい
るがそれには限界があり、近年ますます求められている
伝送の高速化に追いつかないという問題があった。
【００１４】さらに、このインダクタンスは、周波数特
性の乱れの原因にもなり、これをダンピングするため
に、パッケージの外側に抵抗を設けるとますます高速化
が難しくなる。
【００１５】また、ボンディングワイヤ１５の寄生イン
ダクタンスは、ボンディングワイヤ１５の張り加減など
によってばらつくため、図６に示すように、製品毎にＬ
Ｄチップ３０とドライブ端子１４との間のインピーダン
スが変化してしまい再現性を悪化させてしまうという欠
点があり、歩留りの低下の原因にもなる。
【００１６】ＴＯカンパッケージ以外では、高周波特性
を高める様々な工夫がなされているが、コストが非常に
高いという大きな問題がある。
【００１７】また、最近は取扱いの容易なレセプタクル
型の光送信器が高速の光送信器にも強く求められている
が、このような光送信器に向いたＴＯカンパッケージで
高速動作対応したものはまだ無い。
【００１８】以上のように、従来技術による発光素子の
実装方式は、広帯域性、周波数特性の安定性の面で改善
が求められる。
【００１９】そこで、本発明の目的は、ボンディングワ
イヤを短くして寄生インダクタンスを低減し、伝送の高
速化と周波数特性の安定化を低コストで実現できる光送
信器を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、ステム上に立設したコラムに取り
付けられた発光素子チップと、上記ステムと絶縁される
と共に上記ステムを貫通して設けられた端子と、この端
子と上記発光素子チップとの間を接続する接続部材とを
有し、上記ステムは略同軸状の形状をなして形成される
光送信器において、上記接続部材として、絶縁板に形成
され特性インピーダンスが所定値に制御された線路とこ
の線路に直列接続されたインピーダンス整合用抵抗素子
とを用いたものである。
【００２１】請求項２の発明は、ステム上に立設したコ
ラムに取り付けられた外部変調素子と、上記ステムと絶
縁されると共に上記ステムを貫通して設けられた端子
と、この端子と上記外部変調素子との間を接続する接続
部材とを有し、上記ステムは略同軸状の形状をなして形
成される光送信器において、上記接続部材として、絶縁
板に形成され特性インピーダンスが制御された線路とこ
の線路に直列接続されたインピーダンス整合用抵抗素子
とを用いたものである。
【００２２】請求項３の発明は、上記インピーダンス整
合用抵抗素子は、印刷等によって絶縁板上に直接形成さ
れている整合抵抗器又はチップ抵抗器を有するものであ
る。
【００２３】請求項４の発明は、上記整合抵抗器又はチ
ップ抵抗器と上記発光素子チップとの間から枝分かれし
た配線が形成されていると共に、この配線が、外部と電
気的に接続される端子に接続されているものである。
【００２４】請求項５の発明は、上記配線に、高周波信
号を減衰させる抵抗、インダクタ又はその両方が設けら
れているものである。
【００２５】請求項６の発明は、上記線路の特性インピ
ーダンスと上記端子のインピーダンスとが略等しくなる
ように、上記端子の直径と、上記端子を通すための上記
ステムに形成される穴の直径と、この穴に上記端子を固
定する絶縁体の誘電率とが制御されて形成されているも
のである。
【００２６】請求項７の発明は、上記発光素子チップの
インピーダンスと上記整合抵抗器又は上記チップ抵抗器
のインピーダンスを合わせたものが上記線路の特性イン
ピーダンスと略等しいものである。
【００２７】請求項８の発明は、上記外部変調素子のイ
ンピーダンスと上記整合抵抗器又は上記チップ抵抗器の
インピーダンスを合わせたものが上記線路の特性インピ
ーダンスと略等しいものである。
【００２８】すなわち、本発明の要点は、コラム上にイ
ンピーダンスを制御した線路が作り込まれた絶縁板を貼
り付けて設け、ドライブ端子と光素子チップとの間をこ
の線路で結んだ点にある。
【００２９】
【発明の実施の形態】次に、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。
【００３０】図１（ａ）に本発明にかかる光送信器内部
の正面図を示し、図１（ｂ）にその上面図を示す。
【００３１】図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、光
送信器は、光を出力するＬＤチップ３０と、このＬＤチ
ップ３０の支持面を有するオーバーハング部が側面に形
成された半円柱状のコラム１１と、ＬＤチップ３０の光
軸と出力光が入力される光ファイバの光軸とが一致する
ようにＬＤチップ３０を垂直に支持する円板状のステム
１０と、ステム１０を貫通して設けられた３本の端子１
２〜１４とで主に構成されている。
【００３２】コラム１１の側面にはＬＤチップ３０と略
平行にセラミック板４０が接着されており、このセラミ
ック板４０上には、ドライブ端子１４と接続されている
マイクロストリップライン４１が形成されている。この
マイクロストリップライン４１は、特性インピーダンス
が約２５Ωに制御された線路である。
【００３３】さらに、このマイクロストリップライン４
１には、直列にインピーダンス整合用抵抗素子が接続さ
れている。このインピーダンス整合用抵抗素子は、約２
０Ωの整合抵抗器４２と、この整合抵抗器４２とＬＤチ
ップ３０の一方の電極とを接続する短かいボンディング
ワイヤ４３とからなる。
【００３４】そして、ＬＤチップ３０の他方の電極と共
通端子１３とは、導電体であるステム１０及びコラム１
１を介して電気的に接続されている。
【００３５】また、マイクロストリップライン４１の特
性インピーダンスとドライブ端子１４のインピーダンス
とが略等しくなるように、ドライブ端子１４の直径と、
ドライブ端子１４を通すための、ステム１０に形成され
る穴の直径と、この穴とドライブ端子１４との間を埋め
てドライブ端子１４を固定する絶縁体の誘電率とが制御
されて形成されており、このドライブ端子１４自体、同
軸線と同様にインピーダンス制御されている。
【００３６】さらに、この光送信器は、ＬＤチップ３０
からの出力光の発光パワーをモニタするモニタＰＤチッ
プ３１がオーバーハング部の下方のステム１０上に設け
られている。そして、モニタＰＤチップ３１の一方の電
極はＰＤ用端子１２と接続されていると共に他方の電極
は共通端子１３とボンディングワイヤ１６により接続さ
れている。
【００３７】そして、これらステム１０上に設けられた
部材は、上部にＬＤチップ３０からの出力光を通すレン
ズ２１が取り付けられた金属製キャップ２０により覆わ
れており、ＬＤチップ３０はハーメチックシールされて
いる。
【００３８】次に、作用を説明する。
【００３９】マイクロストリップライン４１は、ＬＤチ
ップ３０が取り付けられた高さに応じてその近傍までの
長さに形成されているため、ボンディングワイヤ４３の
長さが従来技術より大幅に短かくなる。
【００４０】これにより、寄生インダクタンスを小さく
することができ、大幅に高速な動作が可能になる。
【００４１】また、図２に示すように、ＬＤチップ３０
のインピーダンスは約５Ωであるため、２０Ωの整合抵
抗器４２を直列につなぐことにより、特性インピーダン
スが２５Ωのマイクロストリップライン４１と整合す
る。
【００４２】このように、従来の技術ではパッケージ内
部の配線はインピーダンスが整合できなかったが、本発
明にあっては、ＬＤチップ３０の直近まで整合される。
【００４３】従って本発明の周波数特性を平坦にでき、
かつバラツキも小さくすることができる。
【００４４】ここで、マイクロストリップライン４１の
特性インピーダンスを２５Ωとしたが、整合がとれれば
他の値でも良い。また、周波数特性を変えるために、整
合を故意にずらすこともできる。
【００４５】また、本実施の形態にあっては、マイクロ
ストリップライン４１とＬＤチップ３０の接続は短かい
ボンディングワイヤ４３で行ったが、変形例として、ス
トリップライン４１とＬＤチップ３０上面を略等しい高
さにすれば、チップ抵抗器で直接橋渡ししても良い。こ
の場合、整合抵抗器４２は不要である。
【００４６】このように構成することにより、さらに寄
生インダクタンスを減らすことができる。
【００４７】尚、本実施の形態では、絶縁板に形成され
た線路としてマイクロストリップラインが形成されたも
のについて説明したが、線路はこれに限定されず、例え
ば、特性インピーダンスが所定値に制御された線路であ
れば、コプレナーラインやストリップライン等でも良
い。
【００４８】次に、本発明の他の実施の形態について述
べる。
【００４９】図３（ａ）、図３（ｂ）は本発明の他の実
施の形態の正面図であり、図３（ｂ）はその上面図であ
る。図４はそれを回路図で示したものである。
【００５０】図３（ａ）に示すように、この光送信器
は、図１に示した光送信器の構造に加え、整合抵抗器４
２とＬＤチップ３０との間から、パッケージ外部に引き
出す配線４５を備え、端子１７を通して外部に接続され
ている。この配線４５の途中には抵抗４４，インダクタ
４６が備えられている。
【００５１】通常ＬＤチップ３０は、バイアス電流に変
調電流を重畳して駆動されている。バイアス電流をドラ
イブ端子１４から合わせて印加することも可能である
が、バイアス電流が整合抵抗器４２を通ることになり、
外側から印加する電圧が増えてしまい、ＬＤ駆動回路に
とって不利となる。このため、図３に示すように、整合
抵抗器４２を通らずにバイアス電流をかける配線４５を
パッケージ内に内蔵すれば、同じＬＤ駆動回路によって
も、より高速に、かつ安定した動作をさせることが可能
である。
【００５２】尚、抵抗４４とインダクタ４６は、この配
線４５によってＬＤチップ３０にかかる変調電流波形が
劣化することを防ぐために挿入されている。
【００５３】以上のような構造は、ほとんどセラミック
基板を一枚パッケージ内に実装するだけで実現可能であ
り、その他の部材は、従来技術のＴＯカンパッケージと
ほとんど変わらない方法で組立可能である。
【００５４】このため、この光送信器の製造コストの上
昇は小さく抑えられる。従って従来低速で安価な光送信
器に用いられていたＴＯカンパッケージの利点をそのま
ま非常に高速な光送信器に適用可能であり、高速光送信
器の大幅なコスト低下を可能とすることができる。
【００５５】尚、本実施の形態では、セラミック板４０
を絶縁基板として用いたが、高周波特性が問題なけれ
ば、絶縁体の材料は特に限定されない。
【００５６】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、高速な光
送信器を低コストかつ安定した特性で実現することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施の形態を示す光送信器
の正面図、（ｂ）は（ａ）の上面図である。
【図２】図１（ａ）の光送信器の回路図である。
【図３】（ａ）は本発明の他の実施の形態を示す光送信
器の正面図、（ｂ）は（ａ）の上面図である。
【図４】図３（ａ）の光送信器の回路図である。
【図５】（ａ）は従来技術の光送信器の正面図、（ｂ）
は（ａ）の上面図である。
【図６】図５（ａ）の光送信器の回路図である。
【符号の説明】
１０ ステム １１ コラム １４ ドライブ端子 ３０ ＬＤチップ ３１ モニタＰＤチップ ４０ セラミック板 ４１ マイクロストリップライン ４２ 整合抵抗器

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ステム上に立設したコラムに取り付けら
    れた発光素子チップと、上記ステムと絶縁されると共に
    上記ステムを貫通して設けられた端子と、該端子と上記
    発光素子チップとの間を接続する接続部材とを有し、上
    記ステムは略同軸状の形状をなして形成される光送信器
    において、上記接続部材として、絶縁板に形成され特性
    インピーダンスが所定値に制御された線路と該線路に直
    列接続されたインピーダンス整合用抵抗素子とを用いた
    ことを特徴とする光送信器。
  2. 【請求項２】 ステム上に立設したコラムに取り付けら
    れた外部変調素子と、上記ステムと絶縁されると共に上
    記ステムを貫通して設けられた端子と、該端子と上記外
    部変調素子との間を接続する接続部材とを有し、上記ス
    テムは略同軸状の形状をなして形成される光送信器にお
    いて、上記接続部材として、絶縁板に形成され特性イン
    ピーダンスが制御された線路と該線路に直列接続された
    インピーダンス整合用抵抗素子とを用いたことを特徴と
    する光送信器。
  3. 【請求項３】 上記インピーダンス整合用抵抗素子は、
    印刷等によって絶縁板上に直接形成されている整合抵抗
    器又はチップ抵抗器を有する請求項１又は２に記載の光
    送信器。
  4. 【請求項４】 上記整合抵抗器又はチップ抵抗器と上記
    発光素子チップとの間から枝分かれした配線が形成され
    ていると共に、該配線が、外部と電気的に接続される端
    子に接続されている請求項３に記載の光送信器。
  5. 【請求項５】 上記配線に、高周波信号を減衰させる抵
    抗、インダクタ又はその両方が設けられている請求項４
    に記載の光送信器。
  6. 【請求項６】 上記線路の特性インピーダンスと上記端
    子のインピーダンスとが略等しくなるように、上記端子
    の直径と、上記端子を通すための上記ステムに形成され
    る穴の直径と、該穴に上記端子を固定する絶縁体の誘電
    率とが制御されて形成されている請求項１から５のいず
    れかに記載の光送信器。
  7. 【請求項７】 上記発光素子チップのインピーダンスと
    上記整合抵抗器又は上記チップ抵抗器のインピーダンス
    を合わせたものが上記線路の特性インピーダンスと略等
    しい請求項３から６のいずれかに記載の光送信器。
  8. 【請求項８】 上記外部変調素子のインピーダンスと上
    記整合抵抗器又は上記チップ抵抗器のインピーダンスを
    合わせたものが上記線路の特性インピーダンスと略等し
    い請求項３から６のいずれかに記載の光送信器。
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