JP2006351610A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 熱の回り込みによる光素子の温度上昇を抑制することができる光モジュールを提供する。
【解決手段】 光送信モジュール１のパッケージ２は、ステム３と、このステム３に固定されたキャップ４とを有している。ステム３は、金属製ベース５を有し、このベース５には、金属製のリードピン６Ａ〜６Ｄが固定されている。リードピン６Ａ〜６Ｃは、ベース５に形成された貫通孔を貫通した状態で絶縁材７によりベース５に固定されている。ベース５の上面５ｂには、キャップ４の先端側に突出する台座部８が設けられ、この台座部８にはＬＤチップ１０が実装されている。リードピン６Ｃの先端部には平面状の部品実装部１８が設けられ、この部品実装部１８には、ＬＤチップ１０を駆動させる駆動電子部品１９が実装されている。これにより、ＬＤチップ１０と駆動電子部品１９とが熱的に分離される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光送信または光受信を行うための光モジュールに関するものである。

従来の光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モジュールは、接続配線及び部品実装部が形成されたセラミック基板をパッケージのキャンステムに貫通させ、キャンステムの上面及びセラミック基板に金属ステムを固着し、金属ステム上にレーザダイオード（ＬＤ）やサーミスタ等を実装し、セラミック基板上にドライバＬＳＩ（駆動回路）等の電子部品を実装してなるものである。
特開２００３―２２９６２９号公報

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、高速信号伝送（例えば10Gbps）用の光モジュールでは、駆動回路を構成する部品の一つとして、高速動作するトランジスタが必要になるため、駆動回路で発生する熱がＬＤで発生する熱に比べて十分多くなる。ＬＤは、温度特性が大きいことから、駆動回路で発生した熱がＬＤに回り込まないようにする必要がある。しかし、上記従来技術の光モジュールでは、駆動回路で発生した熱がセラミック基板及び金属ステムを介してＬＤに回り込み、ＬＤの温度が上がってしまう。また、近年の光モジュールでは、パッケージが小型化されているため、光モジュールから外部への放熱が少なくなり、ＬＤの温度を一層押し上げることになる。その結果、ＬＤの動作が不安定になるおそれがある。

本発明の目的は、熱の回り込みによる光素子の温度上昇を抑制することができる光モジュールを提供することである。

本発明は、発光素子と、発光素子を駆動させる駆動部品と、発光素子及び駆動部品を収納するパッケージとを備えた光モジュールにおいて、パッケージは、ステムと、ステムに固定され、発光素子からの光を通すための光透過部が設けられたキャップとを有し、ステムは、金属製のベースと、ベースを貫通するように絶縁材を介してベースに固定された複数本の金属製のリードピンとを有し、ベースは、キャップに固定されるためのキャップとの接触面を有し、発光素子及び駆動部品の一方は、複数本のリードピンのうち何れか１本のリードピンに実装され、発光素子及び駆動部品の他方は、ステムにおける１本のリードピンを除く部位に実装されていることを特徴とするものである。

このような光モジュールにおいて、例えばステムのベースに発光素子が実装され、複数本のリードピンのうち何れか１本のリードピンに駆動部品が実装されている場合、駆動部品で発生した熱は、当該リードピンを伝わって外部に逃がされることになる。このとき、ベースを貫通するリードピンは絶縁材を介してベースに固定されているため、駆動部品で発生した熱は、ベースには伝わりにくくなる。このため、発光素子への熱の回り込みが抑えられる。このように発光素子と駆動部品とが熱的に分離されるので、駆動部品で発生した熱による発光素子の温度上昇が抑制され、これにより発光素子の動作が安定化するようになる。

また、上記従来技術のように接続配線及び部品実装部を有するセラミック基板をステムのベースに貫通させる構造では、ベースに大きな穴を形成して、セラミック基板をベースに接合・気密封止する必要があるため、パッケージの単価が上昇し、低コスト性が損なわれる。しかし、本発明の光モジュールでは、金属製のリードピンを金属製のベースに貫通させて絶縁材により固定する構造としたので、製造コストの削減を図りつつ、十分な気密封止性を確保することができる。

さらに、ステムのベースには、発光素子及び駆動部品のいずれか一方のみを実装すれば良いので、ベースに大きな部品実装スペースをとらなくて済む。これにより、光モジュールの小型化を図ることができる。

好ましくは、発光素子及び駆動部品の何れかが実装される１本のリードピンには、平面状に形成された部品実装部が設けられており、発光素子及び駆動部品の一方は、部品実装部に実装されている。これにより、発光素子または駆動部品をリードピンに実装しやすくなるため、光モジュールの組立性が向上する。

また、好ましくは、発光素子は、ベースに実装され、駆動部品は、１本のリードピンに実装されている。発光素子をベースに実装することにより、発光素子の実装が容易に行えるため、光モジュールの組立性が向上する。また、発光素子をリードピンではなくベースに実装することにより、光モジュールの使用時に、万が一リードピンと絶縁材との熱膨張差によりリードピンの位置が僅かにずれたとしても、発光素子の位置ずれは起きないので、光モジュールの光学特性に関しては全く影響が無い。

また、本発明は、受光素子と、受光素子の出力信号を増幅させる増幅部品と、受光素子及び増幅部品を収納するパッケージとを備えた光モジュールにおいて、パッケージは、ステムと、ステムに固定され、受光素子に受光される光を通すための光透過部が設けられたキャップとを有し、ステムは、金属製のベースと、ベースを貫通するように絶縁材を介してベースに固定された複数本の金属製のリードピンとを有し、ベースは、キャップに固定されるためのキャップとの接触面を有し、受光素子及び増幅部品の一方は、複数本のリードピンのうち何れか１本のリードピンに実装され、受光素子及び増幅部品の他方は、ステムにおける１本のリードピンを除く部位に実装されていることを特徴とするものである。

このような光モジュールにおいて、ステムのベースを貫通するリードピンは絶縁材を介してベースに固定されているため、例えばステムのベースに受光素子が実装され、複数本のリードピンのうち何れか１本のリードピンに増幅部品が実装されている場合には、受光素子と増幅部品とが熱的に分離されるようになる。このため、増幅回路部で発生した熱の回り込みによる受光素子の温度上昇が抑制されるので、受光素子の動作が安定化するようになる。

また、金属製のリードピンを金属製のベースに貫通させて絶縁材により固定する構造としたので、製造コストの削減を図りつつ、十分な気密封止性を確保することができる。さらに、ステムのベースには、受光素子及び増幅部品のいずれか一方のみを実装すれば良いので、ベースに大きな部品実装スペースをとらずに済む。これにより、光モジュールの小型化を図ることができる。

好ましくは、受光素子及び増幅部品の何れかが実装される１本のリードピンには、平面状に形成された部品実装部が設けられており、受光素子及び増幅部品の一方は、部品実装部に実装されている。これにより、受光素子または増幅部品をリードピンに実装しやすくなるため、光モジュールの組立性が向上する。

また、好ましくは、受光素子は、ベースに実装され、増幅部品は、１本のリードピンに実装されている。受光素子をベースに実装することにより、受光素子の実装が容易に行えるため、光モジュールの組立性が向上する。

さらに、好ましくは、ベースには、キャップの先端側に突出し、ベースの内側の面に対して垂直な実装面を有する台座部が設けられている。このように構成することにより、エッジ発光型の発光素子またはエッジ受光型の受光素子を使用する場合に、ワイヤボンディングによる部品同士の接続を含めて、部品の組み付けを簡単に行うことができる。このとき、エッジ発光型の発光素子を使用する場合には、発光素子の発光面がキャップの光透過部と向き合うように発光素子を台座部の実装面に実装すれば良く、エッジ受光型の受光素子を使用する場合には、受光素子の受光面がキャップの光透過部と向き合うように受光素子を台座部の実装面に実装すれば良い。

また、１本のリードピンにおけるパッケージ内に位置する端部は、ベースの内側の面に対して実質的に平行な実装面を有するように曲げられていても良い。このように構成することにより、表面発光型の発光素子及び表面受光型の受光素子を簡単に使用する場合に、ワイヤボンディングによる部品同士の接続を含めて、部品の組み付けを簡単に行うことができる。このとき、表面発光型の発光素子を使用する場合には、発光素子の発光面がキャップの光透過部と向き合うように発光素子をリードピン先端部の実装面に実装すれば良く、表面受光型の受光素子を使用する場合には、受光素子の受光面がキャップの光透過部と向き合うように受光素子をリードピン先端部の実装面に実装すれば良い。

本発明によれば、熱の回り込みによる光素子の温度上昇を抑制することができる。これにより、光素子の動作を安定化させると共に、光モジュールの消費電力を低減することが可能となる。

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。

まず、本発明に係る光モジュールの第１実施形態を図１〜図５により説明する。図１は、本実施形態の光モジュールとして光送信モジュールを示す一部断面を含む側面図である。図２は、図１に示す光送信モジュールの主要部を示す斜視図であり、図３は、その光送信モジュールの主要部を示す平面図である。

各図において、光送信モジュール１は、いわゆる同軸タイプのパッケージ２を備えている。パッケージ２は、ステム３と、このステム３に固定されたキャップ４とを有している。ステム３は、略円板状のベース５を有し、このベース５には複数本（ここでは４本）のリードピン６Ａ〜６Ｄが固定されている。ベース５は、鉄、銅、コバール等の金属材料で形成され、リードピン６Ａ〜６Ｄは、鉄、コバール等の金属材料で形成されている。

リードピン６Ａ〜６Ｃは、ベース５に形成された貫通孔を貫通した状態で、低融点ガラス等の絶縁材７によりベース５に固定されている。これにより、ベース５とリードピン６Ａ〜６Ｃとは、低融点ガラス等の絶縁材７によりハーメチックシール（気密封止）されることになる。このようにリードピン６Ａ〜６Ｃを用いることにより、配線部等が形成されたセラミック基板をベース５に貫通させる構造に比べて、組立コストを下げることができる。リードピン６Ｄは、ベース５との電気的な導通を可能とするために、ベース５の下面（外側の面）５ａに直接固定されたケースリードピンである。リードピン６Ａ〜６Ｄは、所定径をもった円周上に配置されている。

ベース５の上面（内側の面）５ｂには、キャップ４の先端側に突出する台座部８が設けられている。台座部８は、ベース５の上面５ｂに対して垂直な実装面８ａを有している。なお、実装面８ａは、ベース５の上面５ｂに対して完全に垂直である必要はなく、実質的に垂直であれば良い。

台座部８の実装面８ａには、ヒートシンク９を介してＬＤ（レーザダイオード）チップ１０が実装されている。このＬＤチップ１０は、エッジ発光型の発光素子である。ＬＤチップ１０は、その発光面がキャップ４の先端側を向くように、ＡｕＳｎ等の半田材によりヒートシンク９を介して実装面８ａに接合されている。ＬＤチップ１０の下面（裏面）と台座部８との電気的な導通を可能とすべく、ヒートシンク９の表面には金メッキ等が施されている。

ＬＤチップ１０の上面のパッドはアノード電極を構成し、ＬＤチップ１０の下面自体はカソード電極を構成している。そして、ＬＤチップ１０のアノード電極とリードピン６Ａとがワイヤ１１により電気的に接続されている。また、ＬＤチップ１０のカソード電極は、ヒートシンク９を介してベース８に電気的に接続されている。

また、ベース５の上面５ｂには、台座部８と隣接して突起部１２が設けられている。突起部１２は、ベース５の上面５ｂに対して傾斜した実装面１２ａを有している。この実装面１２ａには、絶縁体サブマウント１３を介してモニタＰＤ（フォトダイオード）１４が実装されている。モニタＰＤ１４は、ＡｕＳｎ等の半田材により絶縁体サブマウント１３を介して実装面１２ａに接合されている。絶縁体サブマウント１３の上面（モニタＰＤ１４の下面と接する面）には、電気的な導通を可能とすべく、金メッキ等が施されている。

モニタＰＤ１４の上面のパッドはアノード電極を構成し、モニタＰＤ１４の下面はカソード電極を構成している。そして、モニタＰＤ１４のアノード電極とベース５とがワイヤ１５により電気的に接続され、モニタＰＤ１４のカソード電極とリードピン６Ｂとがワイヤ１６により電気的に接続されている。

リードピン６Ｃの先端部（リードピン６Ｃにおいてパッケージ２内に位置する端部）には、平面状の部品実装部１８が設けられている。部品実装部１８は、ベース５の上面５ｂに対して垂直な実装面１８ａを有している。部品実装部１８は、例えば工具を用いてリードピン６Ｃの先端部をつぶして平坦化することに形成される。なお、リードピン６Ｃにおいて部品実装部１８を形成する部位は、パッケージ２内であれば、特にリードピン６Ｃの先端部でなくても構わない。

部品実装部１８の実装面１８ａには、ＬＤチップ１０を駆動させる駆動電子部品１９が実装されている。駆動電子部品１９は、ＡｕＳｎ等の半田材あるいはＡｇペースト等の樹脂接着剤等により実装面１８ａに接合されている。

このとき、リードピン６Ｃに固定される駆動電子部品１９とＬＤチップ１０とは、極力近づけて配置することが望ましい。これにより、駆動電子部品１９とＬＤチップ１０とを電気的に接続するためのワイヤ２３（後述）の長さを短くすることができる。従って、駆動電子部品１９とＬＤチップ１０との間の寄生インダクタンスを低減し、伝送特性を向上させることが可能となる。

駆動電子部品１９は、図４に示すように、シャント駆動回路を構成するＦＥＴ２０及び終端抵抗２１を有している。ＦＥＴ２０のゲートは、ワイヤ２２（図１参照）を介してリードピン６Ｃと電気的に接続されている。ＦＥＴ２０のソースは、ワイヤ２３（図１参照）を介してＬＤチップ１０のアノード電極と電気的に接続されている。ＦＥＴ２０のドレインは、ワイヤ２４（図１参照）を介してベース５と電気的に接続されている。そして、終端抵抗２１は、ＦＥＴ２１のゲートとドレインとの間に接続されている。

なお、図４において、リードピン６Ａは、電源電圧供給用のリードピンであり、リードピン６Ｂは、他の電源電圧供給用のリードピンである。リードピン６Ｃは信号入力用のリードピンであり、リードピン６Ｄはグランド用のリードピンである。

ここで、本実施形態のようなガラス封止リードピンを有するステムでは、外部との配線本数をあまり多くすることはできない。外部との配線本数を多く取ろうとすると、モジュールのサイズが大きくなってしまうからである。ところで、ＬＤチップを駆動させるための駆動回路は、通常は、ＬＤチップに流す電流を決める電流源回路と、モニタＰＤからの出力信号を受けるＡＰＣ回路と、入力信号を受けるバッファゲートと、最終段の駆動トランジスタ（ＦＥＴ等）及びその周辺素子（終端抵抗等）とを含んでいる。このため、駆動回路の回路規模（ＩＣのチップサイズ）が大きくなり、入出力のピン数も多くなってしまう。

しかし、本実施形態の駆動電子部品１９では、駆動回路全体の中で最終段のＦＥＴ２０及び終端抵抗２１のみが内蔵されている。このため、外部との接続のためのリードピンは、駆動電子部品１９の無い光モジュールと比べると、１本のゲート用リードピンのみの増加となり、リードピンの本数を必要以上に多くしなくて済む。光伝送の高速化に必要なのは、駆動回路の最終段とＬＤチップとの距離を短くすることである。このため、駆動回路全体の中で最終段以外の回路（電流源回路、ＡＰＣ回路、バッファゲート）については、特に光モジュール内に組み込まなくても良い。このように駆動電子部品１９の回路構成は駆動回路全体の中の最終段部分だけであるので、駆動電子部品１９での消費電力が小さくなり、発熱量も少なくなる。また、駆動電子部品１９が小型になると共に、使用するリードピンの本数が最小限で済む。

なお、駆動電子部品１９の回路の一部を構成する駆動トランジスタであるＦＥＴ２０としては、図４に示すようなＮ型ＦＥＴに限られず、Ｐ型ＦＥＴであっても良い。また、駆動トランジスタとしては、特にＦＥＴに限られず、バイポーラトランジスタ（ＢＪＴ）や、ＢＪＴのエミッタに抵抗が入ったもの等を用いても良い。

以上のようなステム３のベース５の上面（接触面）５ｂには、上記のキャップ４が抵抗溶接等により接合されている。キャップ４は、鉄、銅、コバール等の金属材料で形成されている。キャップ４の先端中央部には、ＬＤチップ１０から照射されたレーザ光を外部に取り出すための光透過部２５が設けられている。光透過部２５は、球面レンズ等のレンズや封止窓といった透明部材で形成されている。これにより、ＬＤチップ１０及び駆動電子部品１９等を収納するパッケージ２の気密封止が実現されるため、高信頼性を確保することができる。

以上のように構成した光送信モジュール１において、駆動電子部品１９におけるＦＥＴ２１のゲートとつながるリードピン６Ｃに変調信号を供給し、ＬＤチップ１０とつながるリードピン６Ａにバイアス電流を供給することにより、ＬＤチップ１０の高速駆動を容易に行うことができる。

ここで、比較例として、ＬＤチップ１０及び駆動電子部品１９が何れもステム３のベース５に実装されている場合における熱の伝播経路図を図５（ａ）に示す。

この場合、ＬＤチップ１０で発生した熱は、ヒートシンク９を介してステム３のベース５に伝わり、更に外部での熱抵抗Ｒを介して空気中に逃がされる。また、駆動電子部品１９で発生した熱も、ステム３のベース５に伝わり、熱抵抗Ｒを介して空気中に逃がされる。このとき、ＬＤチップ１０で発生した熱と駆動電子部品１９で発生した熱とがベース５で合流されることになるため、駆動電子部品１９で発生した熱がＬＤチップ１０に回り込んでしまう。その結果、ＬＤチップ１０の温度が上昇するため、ＬＤチップ１０の動作が不安定になることがある。

続いて、本実施形態のように、ＬＤチップ１０がステム３のベース５に実装され、駆動電子部品１９がリードピン６Ｃに実装されている場合における熱の伝播経路図を図５（ｂ）に示す。

この場合、ＬＤチップ１０で発生した熱は、図５（ａ）と同様に、ヒートシンク９、ステム３のベース５及び外部での熱抵抗Ｒを介して空気中に逃がされる。一方、駆動電子部品１９で発生した熱は、リードピン６Ｃ及び外部での熱抵抗Ｒを介して空気中に逃がされると共に、リードピン６Ｃを保持・封止するための低融点ガラス等の絶縁材７に伝えられる。

ここで、ステム３を形成する金属材料である鉄、銅、コバールの熱伝導率は、それぞれ５０〜１００Ｗ／ｍ・Ｋ、３８０〜４２０Ｗ／ｍ・Ｋ、１６５Ｗ／ｍ・Ｋである。また、絶縁材７の一つであるガラスの熱伝導率は０．４〜２．０Ｗ／ｍ・Ｋであり、空気の熱伝導率は０．０３Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。つまり、低融点ガラスの熱伝導率は、ステム３を形成する金属材料の熱伝導率に比べて極めて低い。

このため、駆動電子部品１９で発生した熱は、リードピン６Ｃを伝わって外部に逃がされるだけであり、ステム３のベース５には殆ど伝わらない。従って、駆動電子部品１９で発生した熱がベース５及びヒートシンク９を介してＬＤチップ１０に回り込むことは殆ど無く、ベース５上の発熱源はＬＤチップ１０のみとなるので、ＬＤチップ１０の温度上昇を抑制することができる。これにより、熱によるＬＤチップ１０の誤動作が防止され、ＬＤチップ１０が安定して動作するようになる。また、ＬＤチップ１０は、高温になるほど必要な電流が増大する。しかし、駆動電子部品１９で生じた熱のＬＤチップ１０への回り込みが抑えられることで、ＬＤチップ１０の動作に必要な電流が低減されるため、光送信モジュール１の消費電力の低減化を図ることができる。

また、ステム３とキャップ４とからなるパッケージ２の内部には、一般に乾燥空気や窒素が封入されるが、キセノンやクリプトンが封入されると、パッケージ２の熱伝導率が下がるようになる（例えば０℃の空気の熱伝導率２４ｍＷ／ｍ・Ｋに対して、５〜９ｍＷ／ｍ・Ｋ）。従って、パッケージ２の内部にキセノンやクリプトンを封入することにより、駆動電子部品１９からＬＤチップ１０への熱の伝達をより一層抑えることができる。

以上のように本実施形態によれば、ＬＤチップ１０と駆動電子部品１９とをステム３の異なる面に実装することにより、ＬＤチップ１０と駆動電子部品１９とが熱的に分離されるため、光送信モジュール１の放熱性を良好にすることができる。これにより、ＬＤチップ１０の動作が安定化するため、光送信モジュール１の信頼性が向上すると共に、光送信モジュール１の低消費電力化を図ることができる。

また、本実施形態においては、駆動電子部品１９をリードピン６Ｃに固定し、ベース５の台座部８には、ＬＤチップ１０という最小限の部品のみを実装するので、駆動電子部品１９を実装するためのスペースを台座部８に設けなくて済む。このため、台座部８を小型にすることができ、ひいてはパッケージ２の小型化を図ることが可能となる。

さらに、駆動電子部品１９を実装するための平板状の部品実装部１８は、リードピン６Ｃの先端部をつぶして平坦化するだけで形成されるので、パッケージ２の製作コストが安価で済む。また、駆動電子部品１９は、ＬＤチップ１０を駆動させるための駆動回路全体のうち最終段の回路だけを含んでいるので、駆動電子部品１９にかかるコストも抑えられる。しかも、そのように駆動電子部品１９の回路規模が小さくなることで、ワイヤボンディングのワイヤリング本数も少なくて済むので、組立コストを低減することもできる。

また、位置精度が重要となるＬＤチップ１０をリードピン６Ａ〜６Ｃではなくベース５に実装したので、光送信モジュール１の使用時に、リードピン６Ａ〜６Ｃを形成する金属材料と絶縁材７との熱膨張差によって、リードピン６Ａ〜６Ｃの位置や角度が多少ずれたとしても、ＬＤチップ１０には全く影響が無い。従って、光送信モジュール１の光学特性を十分確保することができる。

なお、上記実施形態では、シャント駆動回路を内蔵した駆動電子部品１９を使用したが、シャント駆動回路の代わりにシリーズ駆動回路を採用しても良い。シリーズ駆動回路を内蔵した駆動電子部品を備えた光送信モジュールの電気回路系を図６に示す。

同図において、駆動電子部品３０は、単相型のシリーズ駆動回路を構成するバイポーラトランジスタ（ＢＪＴ）３１及び終端抵抗３２を有している。ＢＪＴ３１のベースは、リードピン６Ｃと接続されている。ＢＪＴ３１のコレクタは、ＬＤチップ１０のカソード電極と接続されている。ＢＪＴ３１のエミッタは、抵抗３３を介してＰＤモニタ１４のアノード電極（グランド部）と接続されている。また、ＢＪＴ３１のベースとグランド部との間には、終端抵抗３２が接続されている。

単相型のシリーズ駆動回路は、消費電力の点で有利であるが、電源電圧の揺動に弱い。このため、ＬＤチップ１０のアソード電極とグランド部との間には、コンデンサ３４が接続されている。このコンデンサ３４は、特に高周波の揺動を除去するための素子であるので、１００〜１０００ｐＦ程度で十分である。ちなみに、低周波の揺動成分は、光送信モジュール１の外部に大容量コンデンサを設けることで除去可能である。

コンデンサ３４としては、実装のしやすさを考慮して、図７に示すような平板型コンデンサを用いるのが望ましい。このコンデンサ３４は、誘電体３５を２枚の平行平板３６で挟んでなるものである。このようなコンデンサ３４は、例えばＬＤチップ１０とベース５の台座部８との間に敷くようにする。

なお、ＢＪＴ３１としては、図６に示すようなＮＰＮトランジスタでも良いし、ＰＮＰトランジスタでも良い。また、ＢＪＴの代わりにＦＥＴを使用しても良く、或いはＢＪＴとＦＥＴとの混成でも良い。

他のシリーズ駆動回路を内蔵した駆動電子部品を備えた光送信モジュールの電気回路系を図８に示す。

同図において、駆動電子部品４０は、差動入力型のシリーズ駆動回路を構成するＢＪＴ４１，４２及び終端抵抗４３，４４を有している。ＢＪＴ４１のベースは、リードピン６Ｃと接続されている。ＢＪＴ４１のコレクタは、ＬＤチップ１０のカソード電極と接続されている。ＢＪＴ４１のエミッタは、抵抗４５を介してＰＤモニタ１４のアノード電極（グランド部）と接続されている。また、ＢＪＴ４１のベースとグランド部との間には、終端抵抗４３が接続されている。

ＢＪＴ４２のベースは、逆相入力端子であるリードピン６Ｅと接続されている。ＢＪＴ４２のコレクタは、ＬＤチップ１０のアノード電極と接続されている。ＢＪＴ４２のエミッタは、ＢＪＴ４１のエミッタと接続されている。また、ＢＪＴ４２のベースとグランド部との間には、終端抵抗４４が接続されている。

このような駆動電子部品４０は差動入力型であるため、入力端子６Ｃ，６Ｅ及び終端抵抗４３，４４での高周波特性が良好であり、放射ノイズの発生が少ない。このとき、例えば外部回路において入力信号のＨ／Ｌレベルを精度良く制御することで、バイアス電流を流しやすくすることができる。また、逆相入力を使用せずに、内部で生成したバイアス電圧をＢＪＴ４２のベースに印加することにより、リードピン６Ｅを不要とすることができる。

上記実施形態の光送信モジュールの変形例を図９に示す。同図において、リードピン６Ａの先端にはフェライトビーズインダクタ（以下、単にインダクタ）５０が設けられ、このインダクタ５０とＬＤチップ１０のアノード電極とが電気的に接続されている。インダクタ５０は、高速信号伝送の特性を向上させるための素子である。

インダクタ５０の電気的接続方法は、以下の通りである。即ち、リードピン６Ａの先端を平面となるように加工し、その加工面にインダクタ５０の一方の電極を接合することにより、リードピン６Ａにインダクタ５０を固定する。インダクタ５０の接合は、ＡｕＳｎ等の半田材あるいはＡｇペースト等の導電性接着剤等を用いて行う。そして、インダクタ５０の他方の電極には、コバール等で形成されたブロック５１が接合されている。ブロック５１は、ワイヤボンディングが容易に行えるように、円柱状に加工されていると共に表面に例えば金メッキが施されている。ブロック５１の接合は、上記と同様に、ＡｕＳｎ等の半田材あるいはＡｇペースト等の導電性接着剤等を用いて行う。そして、ＬＤチップ１０のアノード電極とブロック５１とをワイヤ１１により接続する。

なお、インダクタ５０の電極がワイヤボンディングしやすいものであれば、ブロック５１は特に無くても良く、ＬＤチップ１０とインダクタ５０とを直接ワイヤ１１により接続すれば良い。

このように本実施形態では、ＬＤチップ１０とリードピン６Ａとの電気的接続を、インダクタ５０を介して行っている。ここで、インダクタ５０のサイズの制限から、ＬＤチップ１０とインダクタ５０との間のワイヤ長が長くなっても、これはインダクタンス成分が多くなるだけであり、特に問題は無い。また、インダクタ５０の両電極間の寄生容量によるインダクタンス性の劣化も起こりにくい。

このようなインダクタ５０を設けることにより、リードピン６Ａとこれに接続される外部バイアス電流源（図示せず）とが持つ寄生インピーダンスにより生じる波形劣化を低減することができる。また、外部バイアス電流源に含まれる交流ノイズ成分が除去されるため、この点でも波形劣化を低減することができる。

本発明に係る光モジュールの第２実施形態を図１０〜図１２により説明する。図中、第１実施形態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。

図１０は、本実施形態の光モジュールとして光受信モジュールを示す一部断面を含む側面図であり、図１１は、その光受信モジュールの主要部を示す平面図である。各図において、光受信モジュール６０は、いわゆる同軸タイプのパッケージ６１を備えている。パッケージ６１は、ステム６２と、このステム６２に固定されたキャップ４とを有している。ステム６２は、略円板状のベース６３を有し、このベース６３には複数本（ここでは５本）のリードピン６４Ａ〜６４Ｅが固定されている。ベース６３及びリードピン６４Ａ〜６４Ｅの材料は、第１実施形態におけるベース５及びリードピン６Ａ〜６Ｄと同様である。

リードピン６４Ａ〜６４Ｄは、ベース６３に形成された貫通孔を貫通した状態で、低融点ガラス等の絶縁材６５によりベース６３に固定されている。リードピン６４Ｅは、ベース６３との電気的な導通を可能とするために、ベース６３の下面６３ａに直接固定されたケースリードピンである。リードピン６４Ｅは、ベース６３の下面６３ａの中心部に固定されている。

ベース６３の上面６３ｂには、例えば平板型のコンデンサ６６を介して表面受光型の受光素子６７が実装されている。受光素子６７は、アバラシェフォトダイオード（ＡＰＤ）またはピンフォトダイオード（ＰＩＮ−ＰＤ）である。受光素子６７は、その受光面がキャップ４の先端側を向くように、ＡｕＳｎ等の半田材によりコンデンサ６６を介してベース６３に接合されている。

リードピン６４Ａの先端部（リードピン６４Ａにおいてパッケージ６１内に位置する端部）には、リードピン６４Ａの貫通方向に対して垂直に曲げられて平面状に形成された部品実装部６８が設けられている。部品実装部６８は、ベース６３の上面６３ｂに対して実質的に平行な実装面６８ａを有している。

部品実装部６８の実装面６８ａには、受光素子６７の出力信号を増幅させる増幅電子部品６９が例えば平板型のコンデンサ７０を介して実装されている。増幅電子部品６９は、ＡｕＳｎ等の半田材あるいはＡｇペースト等の樹脂接着剤等によりコンデンサ７０を介して実装面６８ａに接合されている。

増幅電子部品６９は、図１２に示すように、増幅器７１及び抵抗７２を有している。増幅器７１は、例えばフロントエンドアンプである。増幅器７１の電源端子は、ワイヤ７３（図１１参照）を介してリードピン６４Ａと電気的に接続され、増幅器７１のグランド端子は、ワイヤ７４，７５（図１１参照）を介してステム６２のベース６３と電気的に接続されている。増幅器７１の入力端子は、ワイヤ７６（図１１参照）を介して受光素子６７と電気的に接続され、増幅器７１の２つの出力端子は、ワイヤ７７，７８（図１１参照）を介してリードピン６４Ｃ，６４Ｄとそれぞれ電気的に接続されている。

増幅器７１の電源端子とグランド端子との間には、電圧安定化のための上記コンデンサ７０が接続されている。増幅器７１の電源端子とコンデンサ７０とは、ワイヤ７３（図１１参照）により電気的に接続され、増幅器７１のグランド端子とコンデンサ７０とは、ワイヤ７４（図１１参照）により電気的に接続されている。

抵抗７２は、リードピン６４Ｂとコンデンサ６６との間に接続され、外部からの雑音除去のためのＲＣフィルタの一部を構成している。抵抗７２とリードピン６４Ｂとは、ワイヤ７９（図１１参照）により電気的に接続され、抵抗７２とコンデンサ６６とは、ワイヤ８０（図１１参照）により電気的に接続されている。

なお、図１２において、リードピン６４Ａは、電源電圧供給用のリードピンであり、リードピン６４Ｂは、他の電源電圧供給用のリードピンである。リードピン６４Ｃ，６４Ｄは信号出力用のリードピンであり、リードピン６４Ｅはグランド用のリードピンである。

以上のように構成した光受信モジュール６０においては、外部からの光がパッケージ６１の光透過部２５を通って受光素子６７に受光され、電気信号に変換される。そして、受光素子６７の出力信号が増幅器７１により増幅された状態で、リードピン６４Ｃ，６４Ｄを介して外部機器（図示せず）に送られることになる。

ところで、受光素子は、発光素子に比べて消費電力は多くない。しかし、受光素子として特にＡＰＤを用いる場合には、受光素子の温度特性が大きくなる。ＡＰＤは、バイアス電圧（１．５μｍ光通信でよく用いられるＩｎＰ系で１５〜９０Ｖ）によって増倍率が大きく変わるため、受光パワーに応じて適正なバイアス電圧を印加する必要がある。しかし、このバイアス電圧の温度特性が大きいため、制御上問題となることがある。

本実施形態では、ステム６２のベース６３に受光素子６７を実装し、リードピン６４Ａに増幅電子部品６９を取り付ける構成としたので、受光素子６７と増幅電子部品６９とが熱的に分離されることになる。このため、増幅電子部品６９で発生した熱がベース６３を介して受光素子６７に回り込むことは殆ど無いので、受光素子６７の温度上昇を抑制することができる。これにより、熱による受光素子６７の誤動作が防止され、受光素子６７が安定して動作するようになる。

また、ベース６３には、受光素子６７という最小限の部品のみが実装されるので、増幅電子部品６９を実装するためのスペースをベース６３に設けなくて済む。従って、ベース６３の寸法を小さくし、パッケージ６１の小型化を図ることができる。さらに、増幅電子部品６９を実装するための部品実装部６８は、リードピン６４Ａの先端部を折り曲げて、更につぶして平坦化するだけで形成されるので、パッケージ６１の製造コストを抑えることもできる。

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、第１実施形態では、エッジ発光型の発光素子１０を使用しているが、表面発光型の発光素子を用いても良い。この場合には、ステム３のベース５及びリードピン６Ｃを第２実施形態のように構成し、表面発光型の発光素子と駆動電子部品１９とを実装すれば良い。また、第２実施形態では、表面受光型の受光素子６７を使用しているが、エッジ受光型の受光素子を用いても良い。この場合には、ステム６２のベース６３及びリードピン６４Ａを第１実施形態のように構成し、エッジ受光型の受光素子と増幅電子部品６９とを実装すれば良い。

また、第１実施形態では、ステム３のベース５にＬＤチップ１０を固定し、ステム３のリードピン６Ｃに駆動電子部品１９を固定するようにしたが、ＬＤチップ１０と駆動電子部品１９とを熱的に分離させるための構造としては、特にこれには限られない。要は、ＬＤチップ１０及び駆動電子部品１９の一方を、ベース５を貫通するリードピン６Ａ〜６Ｃのうちの何れか１本に固定し、ＬＤチップ１０及び駆動電子部品１９の他方を、ベース５または他のリードピンに固定すれば良い。

また、第２実施形態では、ステム６２のベース６３に受光素子６７を固定し、ステム６２のリードピン６４Ａに増幅電子部品６９を固定するようにしたが、受光素子６７と増幅電子部品６９とを熱的に分離させるための構造としては、特にこれには限られない。要は、受光素子６７及び増幅電子部品６９の一方を、ベース６３を貫通するリードピン６４Ａ〜６４Ｄのうちの何れか１本に固定し、受光素子６７及び増幅電子部品６９の他方を、ベース６３または他のリードピンに固定すれば良い。

本発明に係る光モジュールの第１実施形態として光送信モジュールを示す一部断面を含む側面図である。 図１に示す光送信モジュールの主要部を示す斜視図である。 図１に示す光送信モジュールの主要部を示す平面図である。 図１に示す光送信モジュールにおける電気回路系を示す図である。 図１に示す光送信モジュールにおける熱の伝搬経路を比較例と比較した図である。 図４に示す電気回路系とは異なる電気回路系を示す図である。 図６に示すコンデンサの斜視図である。 図４に示す電気回路系とは異なる別の電気回路系を示す図である。 図１に示す光送信モジュールの変形例の主要部を示す斜視図である。 本発明に係る光モジュールの第２実施形態として光受信モジュールを示す一部断面を含む側面図である。 図１０に示す光受信モジュールの主要部を示す平面図である。 図１０に示す光受信モジュールにおける電気回路系を示す図である。

符号の説明

１…光送信モジュール（光モジュール）、２…パッケージ、３…ステム、４…キャップ、５…ベース、５ｂ…上面（接触面、内側の面）、６Ａ〜６Ｃ…リードピン、７…絶縁材、８…台座部、８ａ…実装面、１０…ＬＤチップ（発光素子）、１８…部品実装部、１９…駆動電子部品、２５…光透過部、６０…光受信モジュール（光モジュール）、６１…パッケージ、６２…ステム、６３…ベース、６４Ａ〜６４Ｄ…リードピン、６５…絶縁材、６７…受光素子、６８…部品実装部、６８ａ…実装面、６９…増幅電子部品。

Claims (8)

1. 発光素子と、前記発光素子を駆動させる駆動部品と、前記発光素子及び前記駆動部品を収納するパッケージとを備えた光モジュールにおいて、
   前記パッケージは、ステムと、前記ステムに固定され、前記発光素子からの光を通すための光透過部が設けられたキャップとを有し、
   前記ステムは、金属製のベースと、前記ベースを貫通するように絶縁材を介して前記ベースに固定された複数本の金属製のリードピンとを有し、
   前記ベースは、前記キャップに固定されるための前記キャップとの接触面を有し、
   前記発光素子及び前記駆動部品の一方は、前記複数本のリードピンのうち何れか１本のリードピンに実装され、
   前記発光素子及び前記駆動部品の他方は、前記ステムにおける前記１本のリードピンを除く部位に実装されていることを特徴とする光モジュール。
2. 前記発光素子及び前記駆動部品の何れかが実装される前記１本のリードピンには、平面状に形成された部品実装部が設けられており、
   前記発光素子及び前記駆動部品部の一方は、前記部品実装部に実装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。
3. 前記発光素子は、前記ベースに実装され、
   前記駆動部品は、前記１本のリードピンに実装されていることを特徴とする請求項１または２記載の光モジュール。
4. 受光素子と、前記受光素子の出力信号を増幅させる増幅部品と、前記受光素子及び前記増幅部品を収納するパッケージとを備えた光モジュールにおいて、
   前記パッケージは、ステムと、前記ステムに固定され、前記受光素子に受光される光を通すための光透過部が設けられたキャップとを有し、
   前記ステムは、金属製のベースと、前記ベースを貫通するように絶縁材を介して前記ベースに固定された複数本の金属製のリードピンとを有し、
   前記ベースは、前記キャップに固定されるための前記キャップとの接触面を有し、
   前記受光素子及び前記増幅部品の一方は、前記複数本のリードピンのうち何れか１本のリードピンに実装され、
   前記受光素子及び前記増幅部品の他方は、前記ステムにおける前記１本のリードピンを除く部位に実装されていることを特徴とする光モジュール。
5. 前記受光素子及び前記増幅部品の何れかが実装される前記１本のリードピンには、平面状に形成された部品実装部が設けられており、
   前記受光素子及び前記増幅部品の一方は、前記部品実装部に実装されていることを特徴とする請求項４記載の光モジュール。
6. 前記受光素子は、前記ベースに実装され、
   前記増幅部品は、前記１本のリードピンに実装されていることを特徴とする請求項４または５記載の光モジュール。
7. 前記ベースには、前記キャップの先端側に突出し、前記ベースの内側の面に対して垂直な実装面を有する台座部が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の光モジュール。
8. 前記１本のリードピンにおける前記パッケージ内に位置する端部は、前記ベースの内側の面に対して実質的に平行な実装面を有するように曲げられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の光モジュール。
   

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