JP2008198640A - リードフレーム型光モジュールとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】広帯域化と低ジッタ化を実現した差動入出力回路を内蔵したリードフレーム型光モジュールおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】差動の入出力部をもつＬＳＩを内蔵したリードフレーム型光モジュールにおいて、高周波信号の入力および出力を行うリードのうち一方の伝搬距離を調整して、他方のリードの伝搬距離と等価的に等長化する等長化手段を、少なくともいずれか一方のリードに設けられた分岐部であるオープンスタブ、あるいは、直線状のリードを所定の長さと所定の高さで折り曲げたコの字型の折曲げ部、あるいは、直線状のリード上に設けられた所定の断面と所定の高さの突起部によって構成することによって、両リードを等長化し、位相差をなくし、それによってジッタの少ない、高速動作が可能なリードフレーム型光モジュールが作製される。
【選択図】図１

Description

本発明は、リードフレーム型光モジュールとその製造方法に関し、特に高速動作が可能なリードフレーム型光モジュールおよびその製造方法に関する。

近年の、情報通信技術の発展に伴い、車の安全対策や車内でのマルチメディア端末の実用化が進み、その結果自動車内での情報通信速度の高速化が求められている。一方、家庭用としてもオーディオ・ビジュアル機器のデジタル化の進展により、高精細な画像信号や、高品質な音声信号をまとめて送信でき、かつ、簡易に使える高速なデジタルインターフェースが必要とされ、これまでは、主に電気信号のみで伝送できる形態が実用化されて普及が進んでいる。

こういった流れの中で、光伝送技術やその低コスト化が進展したことと、一方では電気伝送の速度に限界があることもあって、比較的扱いにくかったためにこれまでは主として業務用として高速なデータ通信用として使われてきた光伝送技術を、民生品用として簡便な形で使えるようにする模索と開発とが進んでいる。これまでのところ、民生用の光伝送装置としては、主にオーディオ信号の伝送を対象としていた。

この光伝送装置では、光通信で特に都市間などの長距離伝送に使われているようなシングルモードファイバや、データ通信に使われているようなマルチモードファイバなどの石英系のファイバではなく、コア径の大きなプラスチックファイバが使われている。光素子としては、発光ダイオードやシリコン製の受光素子を使った簡易で安価な光モジュールが使われてきた。

このような光モジュールの形態として、特許文献１（実開昭６３−１４２１２）には、導電性部材からなるフェルールが光モジュールの電磁シールド機能を有するケース内に収納され、耐ノイズ性に優れた光伝送装置が開示されている。特許文献２（実開昭６３−２４５１０）には、導電性部材からなるフェルールが光モジュールの電磁シールド機能を有するケースと同電位に設定されたケース内に収納され、外部雑音の影響を受けることがなく高感度な光伝送装置が開示されている。

これらの光モジュールは、プリント基板上への実装が容易であり、かつ安価に製造できるリードフレーム上に実装されたものを使うことが多い。その構成としては、送信用のモジュールであれば、ＬＥＤ（発光ダイオード）とそれを制御するＬＳＩ（大規模集積回路）、受信モジュールであれば、フォトダイオードと電流を電圧に変換して増幅するアンプとが内蔵されて、それを樹脂でモールドしたものが使われている。

また、自動車の車内ネットワークとして、リードフレーム型のＬＥＤモジュールが実用化され、画像信号に代表されるマルチメディア信号の伝搬に使われている。このモジュールでは、２０Ｍｂ／ｓ程度のものが使われているが、近年、マルチメディアのみならず、パワートレイン系や安全面の用途でその伝送速度の向上が要望されている。しかし、この特許文献１や特許文献２に開示されたようなＬＥＤを用いたリードフレーム型モジュールには、高速化をする上での課題がある。

このような光モジュールは、従来は速くても数十Ｍｂ／ｓ程度の通信速度で使われている。しかし、近年、高精細な画像信号を扱うインターフェースとして、電気信号に比べると、高速伝送が可能な光伝送システムが注目されてきている。このような高速伝送が可能な光伝送システムでは、発光体として従来のＬＥＤに代わって、面発光レーザ等の半導体レーザが使われる傾向にある。

面発光レーザは、ＬＥＤに比べると高速動作が可能であり、その中でも面発光レーザはＬＥＤと同じように、基板方向に光を出射することができるため、従来から使っていたＬＥＤとの共通性があり、かつ、端面出射型ＬＤに比べると低消費電力での動作が可能であるといった利点がある。

これまでに、データコム用や大規模ストレージシステムのインターフェースに面発光レーザを使ったモジュールが実用化され、高精細な画像伝送システムなどに応用されてきている。

高速化する上で、リードフレーム型光モジュールとの間の電気信号の入出力部分の広帯域化が重要である。図７は従来例の光モジュールの形態を示す模式的上面図である。従来のＬＥＤ ５０３を用いた光モジュール５では、図７に示すように、電気信号は、電圧振幅のシングルチャンネルのものが使われてきた。図７に示す光モジュール５は、複数のリード５１１〜５１４を有するリードフレーム５０１、ＬＥＤ ５０３の制御用や信号を増幅するためのＬＤドライバ５０２、ヒートシンクまたはキャリア上に実装されたＬＥＤ ５０３、透明樹脂５０５、それぞれの素子を電気的に接続するための金ワイヤ５０６を主な構成要素とする。

この電圧振幅の回路はＬＳＩの入出力部分の構成が簡単であり、また、消費電力が小さいなどの利点があって使われてきた。しかし、高速動作には向かない上に、一般の電気信号においても伝搬する距離が伝送する周波数の波長レベルになってきた場合は、その伝搬する線路の特性インピーダンス等を考慮する必要が生じるため、ＬＳＩの入出力回路と伝送線路の間ではインピーダンス整合を取る必要が生じる。このような用途には、通常５０オームから７５オームのものが多く使われている。

また、高速な電気信号は、振幅を大きくとるのが難しくなることと、インピーダンス整合するのに合わせて電流駆動方式になるため、消費電力の観点から振幅が小さいものが使われる。その場合、雑音に対する許容度が小さくなるため、差動線路が使われることが多い。この場合、差動の振幅の差で信号を伝えることができるため雑音、特に同じ位相のコモンモード雑音に対する許容度が大きくなるといった利点がある。しかし、このような差動線路では、それぞれの伝送線路の長さを等しくする必要がある。

一方、リードフレーム型光モジュールでは、プリント基板上に立てて配置する都合があることから、電子回路のＬＳＩパッケージと異なって、ＬＳＩのバイアス用のリードのアクセスは一方向になる。また、ＬＳＩの排熱やＬＳＩのレイアウトの都合から、ＬＳＩはモジュールの中央部に配置することが望ましい。また、ＬＳＩの高周波信号のＩＯ部分は対称性から同じ対のリードに配置するのが望ましい。その場合、光半導体素子との配置の都合から光モジュールとの電気信号のやり取りのリードとしては、両端のリードを使用することになり、その両端のリードと接続されるＬＳＩとの間において、それぞれの差動線路を等長化することが難しかったため、高速動作時にジッタが発生するなどの原因になっていた。

特許文献３（特開２０００−１５０７６７）には、リードフレーム上に実装されたパッケージにおいて、差動信号ではなく、パラレル信号のスキューを減らすために、リードフレームの形状を直線状ではなく、非直線的にすることによって、それぞれの配線を等長化するものがある。
実開昭６３−１４２１２号公報 実開昭６３−２４５１０号公報 特開２０００−１５０７６７号公報

特許文献１や特許文献２に開示されたＬＥＤを用いたリードフレーム型モジュールには、高速化をする上での課題がある。

特許文献３に開示される技術は、それぞれのパラレル信号のスキューを減らすためのものであって、差動線路のそれぞれを等長化するものではない。また光素子の入出力端子がモジュールに対して一方側にあることと、リードフレームは加工の制約から、それぞれのリードの間隔を厚さ程度広げる必要があること、またその厚さも放熱や強度の面で薄くすることが難しいため、特許文献３で公開されている方法をリードフレーム型光モジュールに適用すると、このようなモジュールに求められる小型化が困難となるので、リードフレーム型光モジュールに用いることは難しい。

本発明の目的は、広帯域化と低ジッタ化を実現可能なリードフレーム型光モジュールおよびその製造方法を提供することにある。

本発明のリードフレーム型光モジュールは、
光半導体素子と、その光半導体素子を駆動するＬＳＩと、その光半導体素子およびＬＳＩと接続する複数のリードを備えるリードフレームとが樹脂で封止された光モジュールであって、ＬＳＩの入出力信号を伝送するリードには一対を成す差動線路が用いられ、その差動線路の一方のリードの伝搬距離を調整して他方のリードの伝搬距離と等価的に等長化する等長化手段が設けられていることを特徴とする。

差動線路を用いた差動信号を使うことにより、コモンモードノイズを抑圧することができる。等長化手段を設けたことで差動線路の線路長の差で発生したＬＳＩとの間の信号の時間ずれを減少させることができる。その結果、高速動作時において問題になるジッタを減らすことができる。さらに、等長化手段を設けたことで固定のための透明樹脂モールドとの接触面積を増やすことで強度を増すことができる。

等長化手段が、リードに設けられて先端が開放された分岐部（オープンスタブ構造）であってもよく、リードの分岐部における分岐点から終端する先端までの距離が２ｍｍ以下であることが望ましい。

また、等長化手段が、いずれかの直線状のリードを所定の長さと所定の高さで折り曲げたコの字型の折曲げ部であってもよく、折曲げ部の所定の高さが１ｍｍ以下であってもよい。

また、等長化手段が、いずれかの直線状のリード上に設けられた所定の断面と所定の高さの突起部であってもよく、突起部の所定の高さが１ｍｍ以下であってもよい。

リードフレームは、銅を含む材質からなるリードフレーム材で構成されてもよく、リードフレームは、銅を８０％以上含むリードフレーム材で構成され、その一部、または全面に金メッキが施されていてもよい。

さらに、チップコンデンサが光モジュール内部のＬＳＩの近傍のリードフレーム上に実装されていてもよい。

光半導体素子が面発光レーザであり、ＬＳＩがＬＤドライバであってもよく、光半導体素子が、発振波長が８５０ｎｍから１２００ｎｍの面発光レーザであってもよい。

発光素子には、ＬＥＤよりも高速動作が可能で、ＬＥＤと同じ面出射型の面発光レーザを用いることにより、従来使われてきたＬＥＤを使ったリードフレーム型光モジュールの置き換えが容易にできるといった利点がある。

光半導体素子が半導体受光素子であり、ＬＳＩがトランスインピ−ダンスアンプであってもよい。

本発明のリードフレーム型光モジュールの製造方法は、
Ｃｕを含むリードフレーム材から、所定のパターンと等長化手段が形成されたリードフレームをエッチング、および／またはプレス加工法で形成し、表面にＡｇまたはＺｒメッキを施すリードフレーム作製ステップと、光半導体素子およびその光半導体素子を駆動するＬＳＩをリードフレームの所定のリードに低融点金属を用いて融着する素子取付けステップと、ＬＳＩの入出力端子を所定のリードに金ワイヤでボンディングする配線接続ステップと、光半導体素子およびＬＳＩが配線接続されたリードフレームを金型の中に入れて透明樹脂を充填して固化し、窓部を有する光モジュールの原型を形成する光モジュール原型形成ステップと、光モジュール原型のリードの先端を切り離して光モジュールを完成させる光モジュール完成ステップとを含むことを特徴とする。

リードフレーム作製ステップにおける等長化手段の形成が、直線状のリードに対する先端が開放された所定の形状の分岐部の形成であってもよく、直線状のリードを所定の長さと所定の高さで折り曲げたコの字型の折り曲げ部の形成であってもよく、直線状のリード上への所定の断面と所定の高さの突起部の形成であってもよく、素子取付けステップに、さらにチップコンデンサの取付けが含まれ、配線接続ステップに、さらにチップコンデンサの所定のリードへの金ワイヤによるボンディングが含まれてもよい。

本発明は、高周波信号を伝搬させるリードフレームの一対のリードのうち少なくとも一方にオープンスタブ構造、折曲げ部、あるいは突起部などの等長化手段を設けることで、広帯域化と低ジッタを実現したリードフレーム型光モジュールを提供することができるという効果がある。

次に、本発明の第１、第２、および第３の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態における光モジュールの構成を示す模式的上面図である。このリードフレーム型光モジュール１は、短距離の光通信用に用いられるものである。

図１に示す光モジュール１は、リードフレーム１０１、光半導体素子制御や信号を増幅するためのＬＳＩ １０２、ヒートシンクまたはキャリア上に実装された光半導体素子１０３、ＬＳＩ １０２のバイパス用のチップコンデンサ１０４、透明樹脂１０５、それぞれの素子を電気的に接続するための金ワイヤ１０６を主な構成要素とする。

本発明のリードフレーム型光モジュールと図７に示した従来型のリードフレーム型光モジュールとの違いは、先ず、本発明では光モジュールの出入力インターフェースに差動信号を用いたことである。差動信号を使うことにより、コモンモードノイズを抑圧することができる。一方、差動信号を使う場合は、それぞれの信号の電気長を等長化、すなわち、位相ずれがないようにする必要がある。

本発明のリードフレーム型光モジュールでは、図１の例の場合、左から２番目の第２のリード１１２と３番目の第３のリード１１３とが高周波差動線路に相当している。そのうち、第３のリード１１３のリードフレームにおける等価的な電気長（伝搬定数の複素数部にリードフレームの長さをかけたもの)が、第２のリード１１２に比べて短くなる。

そこで第１の実施の形態では第３のリード１１３のリードの一部に、先端が開放された分岐部であるオープンスタブ１０８を導入することにより、第３のリード１１３の等価的な電気長を調整し、第２のリード１１２と第３のリード１１３とを伝搬する差動信号のそれぞれの位相差を調整することができる。

ただし、オープンスタブ１０８の長さは、伝播する所定の最高動作信号周波数の信号波長の１／４波長以下にする必要がある。その波長に相当する周波数成分は、スタブの終端部との反射波と打ち消しあうため伝搬しなくからである。しかし、本発明に示した光モジュール構造で使われる伝送速度としては、せいぜい数Ｇｂｐｓ程度に相当するものが使われるため、そのビットレートでの１／４波長は、１０ＧＨｚにおいて。約７．５ｃｍに相当する。誘電体媒質中では実効的な波長が短くなるとはいえ、このタイプのモジュールの横幅は、１ｃｍ以下と小さく、このオープンスタブの長さもせいぜい１ｍｍ程度しか取れないため、影響はないといえる。

一方、図１で示される第２のリード１１２と第３のリード１１３との差動線路の線路長差は、せいぜい２ｍｍ程度にすぎない。また、オープンスタブ長が長くなると周波数特性が劣化するとういことも考慮にいれても２ｍｍ以下がよい。したがって、補正するために設けるオープンスタブ１０８の長さも２ｍｍ程度以下で十分であるといる。

一方、このようなリードフレーム型光モジュールでは、従来は光半導体素子として赤色のＬＥＤが専ら用いられてきた。それは扱いやすいプラスチックファイバにおいて損失がもっとも小さい波長に相当することと、可視波長であることで扱いやすいためである。しかし、数百Ｍから数Ｇといった高速な信号では、モード分散の影響と受光素子の受光径の制約からコアの小さいファイバを用いなければならないので、損失の小さいガラス系のファイバが使われる。ガラス系のファイバの損失は、可視帯から赤外にわたって、損失が小さいといった利点がある。

また、ＬＥＤは数百Ｍ以上の高速動作が困難なため、高速動作を行わせるためにはＬＥＤと同様な扱いができる面発光レーザを用いるほうがよい。面発光レーザは通常８５０ｎｍのものが最も多く使われる。しかし、活性層にＡｌを含まない信頼性に期待ができるＩｎＧａＡｓ系の量子井戸を使った９８０ｎｍから１１００ｎｍのものなども最近使われるようになってきている。このようにＧａＡｓ基板上に作製容易な波長帯として８５０ｎｍから１２００ｎｍ程度の波長があげられる。それ以上の波長ではＧａＡｓ上に良好な活性層をつくることが現在のところ比較的困難であり、またこのような用途では、長距離通信などで使われているような波長分散や損失の影響をうけるような距離では用いられないため、波長に対する制約は少ない。

面発光レーザは、共振器と分布型ブラック反射鏡（ＤＢＲ）とで構成されている。ＤＢＲは、主に屈折率の異なる組成を組み合せることによって実現できるが、その実現方法として、半導体の組成を変えたものか、または誘電体を組み合わせたもののいずれかを使うことが多い。

面発光レーザは構造的に活性層で発生した熱がこもりやすいため、素子の熱抵抗を下げる必要がある。そのため、ＤＢＲの少なくとも一方は、誘電体にくらべ熱抵抗の高い半導体で構成する必要がある。

また、ＤＢＲは屈折率差の大きい組成で作製したほうが、必要な反射率を得るために必要なＤＢＲのペア数が少なくすむといった利点がある。このような屈折率差のとれる組成としては、アルミニウムガリウム砒素のアルミニウム組成を変えたものが、ガリウム砒素基板と格子定数が近く、かつ屈折率を大きく変えられるため、面発光レーザのＤＢＲに使われることが多い。このときに、発振波長としては、シングルモードファイバを使った長距離伝送に適した波長である１．３１μｍ帯や１．５５μｍ帯で発光する活性層を構成するのが難しいため、短距離用途に使われることの多い面発光レーザはそれよりも短い波長のもが使われることが多い。一方、波長が８５０ｎｍ以下においてもＤＢＲの屈折率の高い方の組成で吸収が生じるためにＡｌの組成を増やす必要が生じるなどといった欠点があるため、簡易に作れる面発光レーザとしては８５０ｎｍから１２００ｎｍの波長を使うのが望ましい。８５０ｎｍ以下の波長では、ブラッグ反射鏡のうち高屈折率層の作製が困難になることから適さない。

また、リードフレーム１０１の材料としては、光半導体素子１０３とＬＳＩ １０２とから発生する熱を効果的に排熱するために、熱伝導性の高い材質で作製することが望ましい。リードフレーム材として主に使われるものとして、Ｆｅ−Ｎｉ系のものとＣｕにＦｅやＳｎなどを添加したものがある。Ｆｅ−Ｎｉ系は安価なので専ら各種ＬＳＩやＩＣ用のリードフレームとして使われてきた。

しかし、光半導体素子１０３を実装する上では、封止するプラスチック素材は透明で、かつ低損失のものでなければならないなどの制約条件から、熱伝導性を高くすることが難しく、またリードフレーム１０１の実装の都合からヒートシンクを実装するのも困難である。そのため、このような光モジュール１の排熱は、リードフレーム１０１からのみとなるため、熱伝導性の高いＣｕを含むリードフレーム材で作製することが望ましい。

しかし、銅１００％では、軟化点が低いことと、強度が不足するためにこの目的には適さない。一方、銅成分が少なくなると、熱および電気伝導性が悪くなるためにこれも適さない。そのため銅成分が８０％以上あることが望ましい。

また、一般にリードフレーム材にはＡｇメッキまたは、Ｚｒなどをメッキすることが多いが、高周波特性のすぐれた光半導体素子１０３（面発光レーザ、または受光素子）は、広帯域化のためにパッド容量を減らす必要があるので、パッド面積が小さいことや、パッドの下地に誘電体膜などを使うなど、耐久性が弱いことがある。そのときに、超音波ボンディングなどを使ったボンディングの工程において、少なくともボンディングするエリアだけでもＡｕでメタライズされていることによって、ボンドプル強度を増すことができる。

なお、リードフレーム１０１の高周波信号入出力用以外のリードの端子は、ＬＳＩ １０２の電源やグランド、駆動条件をコントロールする端子として用いられる。

また、高速化にあたって、ＬＳＩ部の電源部のバイパス部にインダクタンス成分を持たせないことが必要となる。これまでこのようなリードフレーム型光モジュールではモジュール外部に実装することが多かったが、広帯域化のためには光モジュール内部に実装することが望ましい。

次に、本発明の第１の実施の形態の光モジュールの製造方法について図面を参照して説明する。図２は本発明の第１の実施の形態の光モジュールの製造工程の前半を説明するための模式図であり、（ａ）はリードフレームの上面図、（ｂ）は光半導体素子とＬＳＩとバイパス用チップコンデンサとを第４のリードに搭載した状態の上面図である。図３は本発明の第１の実施の形態の光モジュールの製造工程の後半を説明するための模式図であり、（ａ）は電子部品を対応するリードにワイヤ接続した状態の上面図、（ｂ）は電子部品と電子部品が接続されたリードの部分を窓部を有する透明樹脂で固化した状態の上面図である。

図２（ａ）に示されるリードフレーム１０１は、上述のように熱伝導性のすぐれたＣｕを含む材料で作られることが望ましい。一般的にはＣｕにＳｎやＦｅそれに酸化防止剤としてＰなどを添加したリードフレーム材が多く使われる。

先ず、図２（ａ）に示されるように、リードフレーム１０１をエッチング、またはプレス加工法によって所定のパターンに作製する。図の左端の上部に設けられた穴は、このモジュールを固定するための固定穴１０９である。このときに、リードフレーム１０１はオープンスタブ１０８を含むパターンで加工される。

リードフレーム１０１の表面に、ＡｇまたはＺｒメッキを施し、リードフレーム１０１上のＬＳＩ １０２との間でワイヤボンディングされる箇所にＡｕメッキを施す。Ａｕメッキは全面に施してもよい。

次に、図２（ｂ）に示すようにＬＳＩ １０２、光半導体素子１０３（面発光レーザ、または受光素子）、およびチップコンデンサ１０４を半田などの低融点金属を用いて第４のリード１１４上に融着する。ＬＳＩ １０２には、送信モジュールであればＬＤドライバを、受信モジュールであれば、トランスインピーダンスアンプ、およびそれにリミティングアンプなどを集積したものを用いる。光半導体素子１０３には、面発光レーザ、または半導体の受光素子を用いる。

面発光レーザは、熱伝導性の高いヒートシンクの上に実装し、その実装されたヒートシンクをリードフレーム１０１上に実装する。受光素子の場合は、自己発熱をしないので、リードフレーム１０１と絶縁するために、絶縁性を有する、例えばＡｌ₂ Ｏ₃製のキャリアに実装したものを、リードフレーム１０１上に実装する。

実装後に、図３（ａ）に示すように超音波ボンディング装置でＬＳＩ １０２のそれぞれの端子を、リードフレーム１０１の所定のリード１１１、１１２、１１３にワイヤボンディングして電気的に接続する。このとき通常のリードフレームではＡｇメッキされたものを使うことが多いが、光半導体素子、特に高周波特性のすぐれる素子はパッド面積が小さいことなどで強度が弱く、強い超音波を用いることができない場合がある。そのときは、リードフレーム１０１の一部にＡｕメッキを施し、弱い超音波また超音波を使わないでもボンディング強度を得られるようにすることが望ましい。

また、ＬＳＩ １０２が乗っている第４のリード１１４をグランド端子とし、ＬＳＩ １０２の近傍にチップコンデンサ１０４を載せてその端子を第５のリード１１５に接続する。その容量は、使用する周波数の下限の周波数でもほぼインピーダンスがなくなる程度の容量が望ましい。本発明で使用されるような数百ＭＨｚから数ＧＨｚの周波数帯であれば０．１μＦから０．０１μＦ程度を用いるのがよい。

その後に図３（ｂ）に示すように、リードフレーム１０１を金型の中にいれ、そこに透明樹脂１０５を充填し、トランスファーモールド法で固化する。このときに同時に窓部１０７を作製する。そのあと、リードの先端を切り離して図１に示す光モジュール１が完成する。

次に第２の実施の形態の光モジュールについて図面を参照して説明する。第２の実施の形態の光モジュールは第１の実施の形態の光モジュールと同じく、リードフレーム型光モジュールであり、短距離の光通信用に用いられるものである。

図４は本発明の第２の実施の形態における光モジュールの構成を示す模式図であり、（ａ）は光モジュールの構成を示す模式的上面図であり、（ｂ）は（ａ）の断面Ａ−Ａの側面図である。

図４に示す第２の実施の形態の光モジュール２は、第１の実施の形態の光モジュール１と同様に、リードフレーム２０１、光半導体素子の制御用や信号を増幅するためのＬＳＩ ２０２、ヒートシンクまたはキャリア上に実装された光半導体素子２０３、ＬＳＩ ２０２のバイパスコンデンサ２０４、透明樹脂２０５、それぞれの素子を電気的に接続するための金ワイヤ２０６を主な構成要素とする。

第２の実施の形態の光モジュール２は、第１の実施の形態の光モジュール１と等長化手段の構造が異なるだけで、その他の構成は第１の実施の形態の光モジュール１と同じなので、等長化手段の構造を詳細に説明し、同じ構成の部分いついては説明を省略する。

ここで、本発明の第２の実施の形態のリードフレーム型光モジュール２でも、第１の実施の形態のリードフレーム型光モジュール１と同様に、図４の例の場合左から２番目の第２のリード２１２と３番目の第３のリード２１３とが高周波差動線路に相当している。そのうち、第３のリード２１３の等価的な電気長（伝搬定数γの複素数部に実際のリードフレームの長さをかけたもの）が、第２のリード２１２に比べて短くなる。

そこで本発明の第２の実施の形態の光モジュール２では、第３のリード２１３の一部に、図４（ｂ）の側面図に示されるように、リード２１３の一部を所定の長さと高さで折り曲げたコの字型の折曲げ部２０８を加工することによって、第３のリード２１３の等価的な電気長を調整し、第２のリード２１２と第３のリード２１３を伝搬する差動信号のそれぞれの位相差を調整することができる。ただし、湾曲させる長さは、モジュールのサイズと強度によって制限される。モジュールサイズが３ｍｍ以下に制限されていることと、リードの強度の観点から湾曲部の長さはせいぜい１ｍｍ以下にする必要がある。もともと電気長の差が短いのでこの長さでも十分な効果が得られる。

次に、第２の実施の形態で示した光モジュールの製造方法について図面を参照して説明する。第２の実施の形態で示した光モジュールの製造方法は、等長化手段の形成方法が第１の実施の形態と異なるだけなので、等長化手段の形成方法以外については説明を省略する。

リードフレーム２０１は、熱伝導性のすぐれたＣｕを含む材料で作られることが望ましい。一般的にはＣｕにＳｎやＦｅそれに酸化防止剤としてＰなどを添加したものが多く使われが、強度の面で、湾曲時の応力がかかるため、強度を増すために、添加しているＳｎやＦｅの量を少なくすることが望ましい。先ず、第１の実施の形態で示したのと同様に、リードフレーム２０１を所定のパターンにエッチング、またはプレス加工法によって作製する。この場合第３のリード２１３は次の工程の折曲げ代だけ長く形成する。端にある穴は、本モジュールを固定するための固定穴２０９である。

次に、高周波信号を伝搬させるリードのうち、電気長が短くなるほうの第３のリード２１３の一部をプレス加工により、図４（ｂ）を参照して説明したように鉛直方向先端が円形のコの字型に湾曲させて折曲げ部２０８を形成する。これにより第３のリード２１３の先端は所定の位置となる。リード上に、ＡｇまたはＺｒメッキを施し、ＬＳＩ ２０２との間でワイヤボンディングする箇所にＡｕメッキを施す。Ａｕメッキは全面に施してもよい。

それ以降の工程は、第１の実施の形態で、図２（ｂ）、図３（ａ）、および図３（ｂ）を参照して説明した工程と同じなので説明を省略する。最終工程でリードの先端を切り離すと、図４に示す光モジュール２が完成する。

次に第３の実施の形態の光モジュールについて図面を参照して説明する。第１、第２の実施の形態の光モジュールと同じく、第３の実施の形態のリードフレーム型光モジュールは、短距離の光通信用に用いられるものである。

図５は本発明の第３の実施の形態における光モジュールの構成を示す模式図であり、（ａ）は光モジュールの構成を示す模式的上面図であり、（ｂ）は（ａ）の断面Ｂ−Ｂの側面図である。

図５に示す第３の実施の形態の光モジュール３は、第１の実施の形態の光モジュール１と同様に、リードフレーム３０１、光半導体素子の制御用および信号を増幅するためのＬＳＩ ３０２、ヒートシンクまたはキャリア上に実装された光半導体素子３０３、ＬＳＩ ３０２のバイパスチップコンデンサ３０４、透明樹脂３０５、それぞれの素子を電気的に接続するための金ワイヤ３０６を主な構成要素とする。

第３の実施の形態の光モジュール３は、第１の実施の形態の光モジュール１と等長化手段の構造が異なるだけで、その他の構成は第１の実施の形態の光モジュール１と同じなので、等長化手段の構造を詳細に説明し、同じ構成の部分いついては説明を省略する。

ここで、本発明の第３の実施の形態のリードフレーム型光モジュール３でも、第１の実施の形態のリードフレーム型光モジュール１と同様に、図５の例の場合左から２番目の第２のリード３１２と３番目の第３のリード３１３とが高周波差動線路に相当している。そのうち、第３のリード３１３の等価的な電気長（伝搬定数γの複素数部に実際のリードフレームの長さをかけたもの）が、第２のリード３１２に比べて短くなる。

そこで本発明の第３の実施の形態の光モジュールでは、第３のリード３１３の一部に、図５（ｂ）の側面図で示されるように、リードフレーム３０１に対して鉛直方向に突出する突起物３０８を取り付けることによって、第３のリード３１３の等価的な電気長を調整し、第２のリード３１２と第３のリード３１３を伝搬する差動信号のそれぞれの位相差を調整することができ、第１の実施の形態のオープンスタブ１０８と同様な効果が得られる。

ただし、突起物３０８の幅と高さは、モジュールのサイズと、突起物３０８とリードフレーム３０１との接合強度とに制限される。モジュールサイズが３ｍｍ以下に制限されていることと、リードの強度の観点から突起物の高さは高くても１ｍｍ以下にする必要がある。もともと電気長の差が短いのでこの高さでも十分な効果が得られる。

次に、第３の実施の形態で示した光モジュールの製造方法について図面を参照して説明する。第３の実施の形態で示した光モジュールの製造方法は、等長化手段の形成方法が第１の実施の形態と異なるだけなので、等長化手段の形成方法以外については説明を省略する。

先ず、第１の実施の形態で示したのと同様に、リードフレーム３０１を所定のパターンにエッチング、またはプレス加工法によって作製する。その上に、ＡｇまたはＺｒメッキを施し、リードのＬＳＩ ３０２との間でワイヤボンディングする箇所にＡｕメッキを施す。Ａｕメッキは全面に施してもよい。

次に、図５（ａ）に示すようにＬＳＩ ３０２、光半導体素子３０３（面発光レーザ、または受光素子）、チップコンデンサ３０４、および銅またはステンレスなどの金属で作製された突起物３０８を半田などの低融点金属を用いて第３のリード３１３に融着する。突起物３０８は融点の高いＡｕＧｅなどの高融点半田を用いて予め第３のリード３１３に取り付けておいもよい。

それ以降の工程は、第１の実施の形態で、図２（ｂ）、図３（ａ）、および図３（ｂ）を参照して説明した工程と同じなので説明を省略する。最終工程でリードの先端を切り離すと、図５に示す光モジュール３が完成する。

これまで、差動線路のそれぞれの信号を伝搬するリードフレームのリードの一方の伝搬距離を調整して、他方のリードの伝搬距離と等価的に等長化する等長化手段として、第１の実施の形態ではリードの片方にオープンスタブを設け、第２の実施の形態ではリードの片方に折曲げ部を設け、第３の実施の形態ではリードの片方に突起部を設ける形態で説明したが、この形態に限定されるものではなく他方のリードの伝搬距離と等価的に等長化する等長化手段であればよい。また、実施の形態１、２、３を組み合わせることによっても、同じ効果を得ることができる。

次に、具体的な実施例を用いてリードフレーム型光モジュールを詳細に説明する。第１の実施の形態を実際に光モジュールに適用した実施例として、送信モジュールを例として説明する。図６は、画像伝送に適用可能な動作速度３Ｇｂ／ｓを目標とした面発光レーザを内蔵したリードフレーム型光モジュールの構成を示す模式的上面図である。

この送信用の光モジュール４は、リードフレーム４０１、ＬＤドライバ４０２、面発光レーザ４０３、０．１μＦのチップコンデンサ４０４、透明樹脂４０５、金ワイヤ４０６から構成されている。ＬＤドライバ４０２は、差動入力した信号の振幅を調整し、面発光レーザ４０３の最適な動作条件の振幅レベルやバイアスレベルを設定するためのものである。

第１の実施の形態で説明した通り、左から２番目の第２のリード４１２と３番目の第３のリード４１３とが５Ｇｂ／ｓの差動伝送線路に相当する。この光モジュール４の横幅は１ｃｍ程度であり、差動線路の線路長の差は約２ｍｍに程度に相当する。この線路長の差に対して、信号の伝搬距離の差、すなわち電気長は、大体その線路長の長さに誘電体の√比誘電率 を乗じたものになる。このような光モジュール４で使われる透明樹脂４０５は、誘電率が大体３〜４と低いため、実際の電気長の差は、長くても４ｍｍ程度である。そのときの時間ずれは、約１３ｐｓとなる。配線の形状によっては、それが３〜４ｍｍ程度となることもあり、その場合時間ずれは、最大で２７ｐｓ程度になる。

それがジッタ等になって、伝送特性を悪化させることになる。それらのジッタを低減させるために、オープンスタブ構造を取り入れることによって、実効的に伝搬距離が長くなり、ジッタ等の特性の改善につながる。残りのリードは、ＬＤドライバ４０２の電源、ＧＮＤおよび、面発光レーザ４０３の振幅およびバイアス点のコントロール端子に相当する。

次に、本実施例の光モジュール４の作製方法について、詳細に説明する。図２（ａ）に示した第１の実施の形態と同様に、先ず、燐青銅（ＣｕＳｎＰ）製のリードフレーム材を所定の形状に加工してリードフレーム４０１を作製する。そのとき差動線路の線路長差を補正するために第３のリード４１３にオープンスタブ４０８を作り込んでおく。その後、リードフレーム４０１の全面にＡｕメッキを施す。

次に、８５０ｎｍで発振する面発光レーザ４０３をＡｌＮ性の絶縁性のヒートシンクにＡｕＳｎ半田を用いて実装する。ＬＤドライバ４０２と、ヒートシンクに乗せた面発光レーザ４０３、および０．１μＦのチップコンデンサ４０４をＳｎＡｇＣｕ半田を使用して第４のリード４１４に固定する。

次に、超音波ボンダーを用いて、それぞれの素子とリードフレーム４０１のリードとの間を金ワイヤ４０６で接続する。

その後、トランスファーモールド法で、透明樹脂４０５によってリードフレーム４０１全体を固定し、光出射部にはレンズ形状をした窓部４０７を形成する。最後にリードフレーム４０１のリードの先端を切り離すことによって、光モジュール４が完成する。

このようにオープンスタブ構造を採用することによって、従来のＬＥＤタイプのモジュールのアップグレードに適した高速動作が可能なリードフレーム型光モジュールを提供することができる。

実施例としては、他に受信モジュールがある。これは、ＬＤドライバの代わりにトランスインピーダンスアンプ、面発光レーザの代わりに受光素子を使ったものであり、構成は送信モジュールと同様なので説明を省略する。トランスインピーダンスアンプは、光入力によって発生した光電流を増幅して電圧信号に変換する素子である。

本発明のリードフレーム型光モジュールは、高速動作を必要とする、音声や映像信号を伝送させるような光インターコネクションに使用することができる。

本発明の第１の実施の形態における光モジュールの構成を示す模式的上面図である。 本発明の第１の実施の形態の光モジュールの製造工程の前半を説明するための模式図であり、（ａ）はリードフレームの上面図、（ｂ）は光半導体素子とＬＳＩとバイパス用チップコンデンサとを第４のリードに搭載した状態の上面図である。 本発明の第１の実施の形態の光モジュールの製造工程の後半を説明するための模式図であり、（ａ）は電子部品を対応するリードにワイヤ接続した状態の上面図、（ｂ）は電子部品と電子部品が接続されたリードの部分を窓部を有する透明樹脂で固化した状態の上面図である。 本発明の第２の実施の形態における光モジュールの構成を示す模式図であり、（ａ）は光モジュールの構成を示す模式的上面図であり、（ｂ）は（ａ）の断面Ａ−Ａの側面図である。 本発明の第３の実施の形態における光モジュールの構成を示す模式図であり、（ａ）は光モジュールの構成を示す模式的上面図であり、（ｂ）は（ａ）の断面Ｂ−Ｂの側面図である。 画像伝送に適用可能な動作速度３Ｇｂ／ｓを目標とした面発光レーザを内蔵したリードフレーム型光モジュールの構成を示す模式的上面図である。 従来例の光モジュールの形態を示す模式的上面図である。

符号の説明

１ 第１の実施の形態の光モジュール
２ 第２の実施の形態の光モジュール
３ 第３の実施の形態の光モジュール
４ 実施例の光モジュール
５ 従来例の光モジュール
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１ リードフレーム
１０２、２０２、３０２ ＬＳＩ
１０３、２０３、３０３ 光半導体素子
１０４、２０４、３０４、４０４ チップコンデンサ
１０５、２０５、３０５、４０５、５０５ 透明樹脂
１０６、２０６、３０６、４０６、５０６ 金ワイヤ
１０７、２０７、３０７、４０７、５０７ 窓部
１０８、４０８ オープンスタブ
１０９、２０９、３０９ 固定穴
１１１、５１１ 第１のリード
１１２、２１２、３１２、４１２、５１２ 第２のリード
１１３、２１３、３１３、４１３、５１３ 第３のリード
１１４，２１４、４１４、５１４ 第４のリード
１１５ 第５のリード
１１６ 第６のリード
２０８ 折曲げ部
３０８ 突起部
４０２、５０２ ＬＤドライバ
４０３ 面発光レーザ
５０３ ＬＥＤ

Claims (18)

1. 光半導体素子と、該光半導体素子を駆動するＬＳＩと、該光半導体素子および該ＬＳＩと接続する複数のリードを備えるリードフレームと、が樹脂で封止された光モジュールであって、
   前記ＬＳＩの入出力信号を伝送するリードには一対を成す差動線路が用いられ、該差動線路の一方のリードの伝搬距離を調整して他方のリードの伝搬距離と等価的に等長化する等長化手段が設けられていることを特徴とするリードフレーム型光モジュール。
2. 請求項１に記載のリードフレーム型光モジュールにおいて、
   前記等長化手段が、前記リードに設けられて先端が開放された分岐部である、リードフレーム型光モジュール。
3. 請求項２に記載のリードフレーム型光モジュールにおいて、
   前記リードの分岐部における分岐点から終端する先端までの距離が２ｍｍ以下である、リードフレーム型光モジュール。
4. 請求項１に記載のリードフレーム型光モジュールにおいて、
   前記等長化手段が、いずれかの直線状の前記リードを所定の長さと所定の高さで折り曲げたコの字型の折曲げ部である、リードフレーム型光モジュール。
5. 請求項４に記載のリードフレーム型光モジュールにおいて、
   前記折曲げ部の前記所定の高さが１ｍｍ以下である、リードフレーム型光モジュール。
6. 請求項１に記載のリードフレーム型光モジュールにおいて、
   前記等長化手段が、いずれかの直線状の前記リード上に設けられた所定の断面と所定の高さの突起部である、リードフレーム型光モジュール。
7. 請求項６に記載のリードフレーム型光モジュールにおいて、
   前記突起部の前記所定の高さが１ｍｍ以下である、リードフレーム型光モジュール。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のリードフレーム型光モジュールにおいて、
   前記リードフレームは、銅を含む材質からなるリードフレーム材で構成される、リードフレーム型光モジュール。
9. 請求項８に記載のリードフレーム型光モジュールにおいて、
   前記リードフレームは、銅を８０％以上含むリードフレーム材で構成され、その一部、または全面に金メッキが施されている、リードフレーム型光モジュール。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のリードフレーム型光モジュールにおいて、
    チップコンデンサが前記光モジュール内部の前記ＬＳＩの近傍の前記リードフレーム上に実装されている、リードフレーム型光モジュール。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のリードフレーム型光モジュールにおいて、
    前記光半導体素子が面発光レーザであり、前記ＬＳＩがＬＤドライバである、リードフレーム型光モジュール。
12. 請求項１１に記載のリードフレーム型光モジュールにおいて、
    前記光半導体素子が、発振波長が８５０ｎｍから１２００ｎｍの面発光レーザである、リードフレーム型光モジュール。
13. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のリードフレーム型光モジュールにおいて、
    前記光半導体素子が半導体受光素子であり、前記ＬＳＩがトランスインピ−ダンスアンプである、リードフレーム型光モジュール。
14. リードフレームと該リードフレーム上に実装された光半導体素子および該光半導体素子を駆動するＬＳＩが樹脂で封止され、前記ＬＳＩの入出力信号には差動線路が用いられ、該差動線路のそれぞれの信号を伝搬する前記リードフレームのリードの一方の伝搬距離を調整して、他方のリードの伝搬距離と等価的に等長化する等長化手段が設けられているリードフレーム型光モジュールの製造方法であって、
    Ｃｕを含むリードフレーム材から、所定のパターンと前記等長化手段が形成されたリードフレームをエッチング、および／またはプレス加工法で形成し、表面にＡｇまたはＺｒメッキを施すリードフレーム作製ステップと、
    光半導体素子および該光半導体素子を駆動するＬＳＩを前記リードフレームの所定のリードに低融点金属を用いて融着する素子取付けステップと、
    前記ＬＳＩの入出力端子を所定の前記リードに金ワイヤでボンディングする配線接続ステップと、
    前記光半導体素子および前記ＬＳＩが配線接続された前記リードフレームを金型の中に入れて透明樹脂を充填して固化し、窓部を有する光モジュールの原型を形成する光モジュール原型形成ステップと、
    前記光モジュール原型の前記リードの先端を切り離して光モジュールを完成させる光モジュール完成ステップと、を含むことを特徴とするリードフレーム型光モジュールの製造方法。
15. 請求項１４に記載のリードフレーム型光モジュールの製造方法において、
    前記リードフレーム作製ステップにおける前記等長化手段の形成が、直線状の前記リードに対する先端が開放された所定の形状の分岐部の形成である、リードフレーム型光モジュールの製造方法。
16. 請求項１４に記載のリードフレーム型光モジュールの製造方法において、
    前記リードフレーム作製ステップにおける前記等長化手段の形成が、直線状の前記リードを所定の長さと所定の高さで折り曲げたコの字型の折り曲げ部の形成である、リードフレーム型光モジュールの製造方法。
17. 請求項１４に記載のリードフレーム型光モジュールの製造方法において、
    前記リードフレーム作製ステップにおける前記等長化手段の形成が、直線状の前記リード上への所定の断面と所定の高さの突起部の形成である、リードフレーム型光モジュールの製造方法。
18. 請求項１４から請求項１７のいずれか１項に記載のリードフレーム型光モジュールの製造方法において、
    前記素子取付けステップに、さらにチップコンデンサの取付けが含まれ、
    前記配線接続ステップに、さらに前記チップコンデンサの所定の前記リードへの金ワイヤによるボンディングが含まれる、リードフレーム型光モジュールの製造方法。

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