JP2015002201A - 光受信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、増幅回路のＧＮＤ電位を安定させ、かつ帯域を拡大できる光受信モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】キャリアと、該キャリアの上面に固定され、受光部、アノード端子、及びカソード端子を有し、光信号を光電変換する受光素子と、該キャリアの上面に固定され、第１側辺を有し、該第１側辺に沿って形成された入力端子とＧＮＤ端子を有する増幅回路と、該アノード端子と該入力端子を接続する第１ワイヤと、該キャリアの上面に固定され、該キャリアに接する金属部分と、抵抗部分とが一体化した混載部品と、該カソード端子と該抵抗部分の一端とを接続する第２ワイヤと、該ＧＮＤ端子と該金属部分の上面を接続する第３ワイヤと、表面電極と裏面電極を有し、該裏面電極が該キャリアに固定されたキャパシタと、該表面電極と該抵抗部分の他端とを接続する第４ワイヤと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば光ファイバ通信などに用いられる光受信モジュールに関する。

特許文献１には、受光素子を備えた光受信モジュールが開示されている。この光受信モジュールは、受光素子のカソード端子と素子キャリアの間に直列に接続された抵抗器とキャパシタを有している。そして、受光素子のアノード端子は増幅回路にワイヤ接続されている。増幅回路のＧＮＤ端子は素子キャリアにワイヤ接続されている。

上述の抵抗器は、増幅回路の入力端で生じる反射による共振を減衰させるために設けられている。上述のキャパシタは、バイアス電圧の変動を抑制するために設けられている。

特開２０１２−１６９４７８号公報 特開２０１２−６９６８１号公報

増幅回路のＧＮＤ電位を安定させるためには、増幅回路のＧＮＤ端子とキャリアを電気的に接続するワイヤを短くすることが重要である。しかしながら、特許文献１に開示の光受信モジュールでは増幅回路のＧＮＤ端子とキャリアを接続するワイヤが長いので、増幅回路のＧＮＤ電位を安定させることができない問題があった。

また、光受信モジュールの高周波特性を安定させるために、受光素子のカソード端子とキャリアの間に、抵抗とキャパシタを直列接続することがある。このとき、増幅回路の入力端子−受光素子−抵抗−キャパシタ−キャリア（ＧＮＤ）−増幅回路の入力端子という回路が形成されて、この回路長に対応した帯域制限が生じてしまう。帯域を拡大するためには、この回路長を短くすることが重要である。

しかしながら、キャリアに搭載する部品は最小サイズ（例えば０．２５ｍｍ角）が定められており、かつ実装精度を考慮して一定の部品間隔が必要となる。そのため、上記回路長が長くなってしまう問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、増幅回路のＧＮＤ電位を安定させ、かつ帯域を拡大できる光受信モジュールを提供することを目的とする。

本願の発明に係る光受信モジュールは、キャリアと、該キャリアの上面に固定され、受光部、アノード端子、及びカソード端子を有し、光信号を光電変換する受光素子と、該キャリアの上面に固定され、第１側辺を有し、該第１側辺に沿って形成された入力端子とＧＮＤ端子を有する増幅回路と、該アノード端子と該入力端子を接続する第１ワイヤと、該キャリアの上面に固定され、該キャリアに接する金属部分と、抵抗部分とが一体化した混載部品と、該カソード端子と該抵抗部分の一端とを接続する第２ワイヤと、該ＧＮＤ端子と該金属部分の上面を接続する第３ワイヤと、表面電極と裏面電極を有し、該裏面電極が該キャリアに固定されたキャパシタと、該表面電極と該抵抗部分の他端とを接続する第４ワイヤと、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、増幅回路のＧＮＤ電位を安定させ、かつ光受信モジュールの帯域を拡大できる。

本発明の実施の形態１に係る光受信モジュールの平面図である。 混載部品の斜視図である。 キャパシタの斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る光受信モジュールの回路図である。 第１比較例に係る光受信モジュールの平面図である。 第２比較例に係る光受信モジュールの平面図である。 第２比較例の第３ワイヤを示す正面図である。 本発明の実施の形態１に係る光受信モジュールの第３ワイヤを示す正面図である。 光受信モジュールの周波数特性を示すグラフである。 混載部品の変形例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る光受信モジュールの平面図である。 分岐部によるオープンスタブの通過特性Ｓ２１を示すグラフである。 本発明の実施の形態３に係る光受信モジュールの平面図である。

本発明の実施の形態に係る光受信モジュールについて図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る光受信モジュール１０の平面図である。光受信モジュール１０は、導電体で形成されたキャリア１２を備えている。キャリア１２は部品を搭載する台である。キャリア１２は導電体で形成されれば特に限定されないが、例えば鉄、ニッケル、及びコバルトからなる合金で形成される。キャリア１２の上面には受光素子１４が固定されている。受光素子１４は、受光部１４ａ、アノード端子１４ｂ、及びカソード端子１４ｃ、１４ｄを備えている。受光素子１４は、光信号を光電変換する素子であれば特に限定されないが、例えば、フォトダイオードで形成される。

キャリア１２の上面には、増幅回路であるＴＩＡ（Trans-Impedance Amplifier）１６が固定されている。ＴＩＡ１６は、ＳｉＧｅ系材料で形成された本体部１６ａを備えている。本体部１６ａの上面に入力端子１６ｂ及びＧＮＤ端子１６ｃ、１６ｄが形成されている。入力端子１６ｂとＧＮＤ端子１６ｃ、１６ｄは、ＴＩＡ１６の第１側辺１６ｅに沿って形成されている。アノード端子１４ｂと入力端子１６ｂは第１ワイヤ１８で接続されている。第１ワイヤ１８を介してＴＩＡ１６に出力された電流信号は、ＴＩＡ１６にて電圧信号に変換される。

キャリア１２の上面には混載部品３０が固定されている。混載部品３０は、基板３２を備えている。基板３２は、誘電体で形成される限り特に限定されないが、例えば酸化アルミニウムで形成される。基板３２の上面には抵抗体３４が形成されている。基板３２の上面には、第１ボンディングパッド３６と第２ボンディングパッド３８が形成されている。

第１ボンディングパッド３６は、抵抗体３４の一端とつながっている。第２ボンディングパッド３８は、抵抗体３４の他端とつながっている。抵抗体３４、第１ボンディングパッド３６、及び第２ボンディングパッド３８は、まとめて抵抗部分４０と称することがある。抵抗部分４０は共振を抑制するために形成されている。

混載部品３０は、キャリア１２に接する金属部分４２を備えている。金属部分４２は、基板３２に抵抗部分４０と接しないように形成されている。金属部分４２について、図２を参照して説明する。図２は、混載部品３０の斜視図である。基板３２の下面に、キャリア１２と接するように下面メタライズ部４２ａが形成されている。下面メタライズ部４２ａとつながるように、基板３２の側面に側面メタライズ部４２ｂが形成されている。側面メタライズ部４２ｂとつながるように、基板３２の上面の一部に上面メタライズ部４２ｃが形成されている。

このように、金属部分４２は、下面メタライズ部４２ａ、側面メタライズ部４２ｂ、及び上面メタライズ部４２ｃを備えている。そして、下面メタライズ部４２ａがキャリア１２と接することで、金属部分４２全体がＧＮＤ電位となっている。

図２から明らかなように、混載部品３０には金属部分４２と抵抗部分４０が混載されている。なお、第１ボンディングパッド３６、第２ボンディングパッド３８、及び金属部分４２は、金属により形成されれば特に限定されないが、例えば金で形成される。

図１の説明に戻る。受光素子１４のカソード端子１４ｃと抵抗部分４０の一端（第１ボンディングパッド３６）は第２ワイヤ５０で接続されている。ＴＩＡ１６のＧＮＤ端子１６ｄと金属部分４２の上面（上面メタライズ部４２ｃ）は第３ワイヤ５２で接続されている。

キャリア１２の上面には、キャパシタ６０が固定されている。図３は、キャパシタの斜視図である。キャパシタ６０は、誘電体６０ｂ、誘電体６０ｂの上面に形成された表面電極６０ａ、及び誘電体６０ｂの下面に形成された裏面電極６０ｃを備えている。裏面電極６０ｃがキャリア１２に固定される。キャパシタ６０は受光素子１４への印加電圧を安定させるために形成されている。図１の説明に戻る。キャパシタ６０の表面電極６０ａと抵抗部分４０の他端（第２ボンディングパッド３８）は第４ワイヤ６２で接続されている。

受光素子１４の上方には混載部品７０とキャパシタ８０が形成されている。混載部品７０は混載部品３０と同じ構成である。キャパシタ８０はキャパシタ６０と同じ構成である。カソード端子１４ｃから混載部品３０の抵抗部分４０とキャパシタ６０を経由してキャリア１２に至る経路長と、カソード端子１４ｄから混載部品７０の抵抗部分とキャパシタ８０を経由してキャリア１２に至る経路長は同等である。

第２ワイヤ７２と第２ワイヤ５０の長さは等しい。第３ワイヤ７４と第３ワイヤ５２の長さは等しい。第４ワイヤ７６と第４ワイヤ６２の長さは等しい。図１から明らかなように、受光素子１４と、混載部品３０、７０と、キャパシタ６０、８０は、平面視で、第１側辺１６ｅに沿って一列に並んでいる。

図４は、本発明の実施の形態１に係る光受信モジュールの回路図である。この回路図には、受光素子１４、ＴＩＡ１６、混載部品３０、及びキャパシタ６０、並びにこれらを接続するワイヤからなる回路が示されている。なお、第１ワイヤ１８、第２ワイヤ５０、第３ワイヤ５２、及び第４ワイヤ６２は、インダクタで表されている。

ここで、本発明の実施の形態１に係る光受信モジュールの意義の説明に先立ち、比較例について説明する。比較例については、本発明の実施の形態１に係る光受信モジュール１０との相違点のみ説明する。図５は、第１比較例に係る光受信モジュールの平面図である。第１比較例では、金属部分１００（ＧＮＤポスト）と抵抗部分１０２が別個の部品となっている。

抵抗部分１０２は、基板１０４の上に、第１ボンディングパッド１０６、抵抗体１０８、及び第２ボンディングパッド１１０を備えている。第３配線１１２は金属部分１００の上面とＧＮＤ端子１６ｄを接続している。ところで、金属部分１００は、抵抗部分１０２よりも第１側辺１６ｅ側にある。そのため抵抗部分１０２を第１側辺１ｅ側に寄せることができず、抵抗部分１０２は受光素子１４及びキャパシタ６０に対して右側にずれた部分に位置する。これにより、第２ワイヤ１１４は図１の第２ワイヤ５０より長くなっている。また、第４ワイヤ１１６は図１の第４ワイヤ６２よりも長くなっている。

図６は、第２比較例に係る光受信モジュールの平面図である。第２比較例では、金属部分がなく、第３ワイヤ１５０が直接キャリア１２に接続されている。抵抗部分１０２は第３ワイヤ１５０とキャリア１２０の接続点から一定距離だけ離して配置しなければならないので、抵抗部分１０２は受光素子１４及びキャパシタ６０に対して右側にずれた部分に位置する。

図７は、第２比較例の第３ワイヤ１５０を示す正面図である。第３ワイヤ１５０は、ＧＮＤ端子１６ｄの上面からキャリア１２に接続されるので長い。図８は、本発明の実施の形態１に係る光受信モジュール１０の第３ワイヤ５２を示す正面図である。キャリア１２からＧＮＤ端子１６ｄの上面までの距離と、キャリア１２から金属部分４２の上面までの距離は等しい。従って、第３ワイヤ５２は第２比較例の第３ワイヤ１５０よりも、図７のＹで示す分だけ短くなっている。そのため、本発明の実施の形態１に係る光受信モジュールは、インダクタンスを低減してＧＮＤ電位を安定させることができる。

なお、ＴＩＡ１６をＳｉＧｅ系材料で形成した場合にはＴＩＡに貫通孔を形成することが困難となるため、ＴＩＡを貫通する金属をキャリアに接触させてＧＮＤ安定化を図ることはできない。

第１比較例では金属部分１００があるので、抵抗部分１０２を第１側辺１６ｅに寄せて配置できない。第２比較例では第３ワイヤ１５０とキャリア１２の接続部があるので、抵抗部分１０２を第１側辺１６ｅに寄せて配置できない。つまり、どちらの場合も、抵抗部分１０２が受光素子１４及びキャパシタ６０に対して右側にずれた部分に位置するので、第２ワイヤ１１４と第４ワイヤ１１６が長くなる。そのため、ＴＩＡの入力端子−受光素子−抵抗部−キャパシタ−キャリア（ＧＮＤ）−ＴＩＡの入力端子からなる回路の回路長（以後、単に回路長ということがある）が長くなり、帯域が狭くなる。

本発明の実施の形態１に係る光受信モジュールは、金属部分４２と抵抗部分４０を備えた混載部品３０を有する。従って、抵抗部分４０を第１側辺１６ｅ側に寄せて配置し、抵抗部分４０を受光素子１４及びキャパシタ６０の近くに位置させることができる。そのため、図１の第２ワイヤ５０は比較例の第２ワイヤ１１４より短く、かつ図１の第４ワイヤ６２は、比較例の第４ワイヤ１１６より短い。そのため、回路長を短縮して、帯域を拡大することができる。

図９は、光受信モジュールの周波数特性を示すグラフである。図９（Ａ）は、本発明の実施の形態１に係る光受信モジュールの通過特性Ｓ２１を示すグラフである。図９（Ｃ）は、比較例１のＳ２１を示すグラフである。なお、比較例１と比較例２の回路長は同等であるので、比較例２のＳ２１は図９（Ｃ）とほぼ等しい。

例えば４０Ｇｂｐｓの変調信号を受信するためには３０ＧＨｚ程度の帯域が必要である。図９（Ａ）から分かるように、本発明の実施の形態１に係る光受信モジュールでは３０ＧＨｚ以上の−３ｄＢ帯域を確保できている。他方、図９（Ｃ）の場合、図９（Ａ）よりも帯域が縮小している。図９（Ａ）と図９（Ｃ）の帯域の差は、本発明の実施の形態１に係る光受信モジュールの回路長が、比較例１、２の回路長より短いために生じている。

図９（Ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る光受信モジュールの反射特性Ｓ２２を示すグラフである。図９（Ｄ）は、比較例１のＳ２２を示すグラフである。両者のＳ２２はほぼ同等となっている。

本発明の効果を得るための混載部品は図２の混載部品に限定されない。混載部品は、キャリア１２に接する金属部分と、抵抗部分とが一体化したものであればよい。図１０は、混載部品の変形例を示す斜視図である。この混載部品の金属部分は金属板２００で形成されている。そして、抵抗部分４０は基板２０２の上に形成されている。そして、金属板２００と、抵抗部分４０を搭載する基板２０２とが接合されて、ひとつの混載部品となっている。

ＴＩＡの材料はＳｉＧｅ系材料に限定されない。増幅回路の例としてＴＩＡ１６を挙げたが、ＴＩＡ１６以外の増幅回路を用いてもよい。その他、本発明の範囲を逸脱しない限り、様々な変形が可能である。なお、これらの変形は以下の実施の形態に係る光受信モジュールにも応用できる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る光受信モジュールは、実施の形態１との共通点が多いので実施の形態１との相違点を中心に説明する。図１１は、本発明の実施の形態２に係る光受信モジュールの平面図である。混載部品３００は、抵抗部分として基板３２の上面に形成された金属膜３０２を備えている。

金属膜３０２は、本体部３０２ａと、本体部３０２ａから分岐して先端が開放となっている分岐部３０２ｂとを備えている。本体部３０２ａの一端には第２ワイヤ５０が接続されている。本体部３０２ａの他端には第４ワイヤ６２が接続されている。分岐部３０２ｂはオープンスタブとして機能する。なお、混載部品３１０は混載部品３００と同じ構成である。

図１２は、分岐部３０２ｂによるオープンスタブの通過特性Ｓ２１を示すグラフである。このオープンスタブは３０ＧＨｚ付近で谷をもつフィルタとなっている。これにより、分岐部３０２ｂをバンドエリミネーションフィルタ（Band Elimination Filter）として機能させ、共振を抑制することができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る光受信モジュールは、実施の形態１との共通点が多いので実施の形態１との相違点を中心に説明する。図１３は、本発明の実施の形態３に係る光受信モジュールの平面図である。混載部品４００は、抵抗部分４０２を備えている。

第１ボンディングパッド４０４は、先端が開放した分岐部４０４ａを備えている。分岐部４０４ａはオープンスタブとして機能する。なお、混載部品４１０は混載部品４００と同じ構成である。分岐部４０４ａはバンドエリミネーションフィルタ（Band Elimination Filter）として機能させることができる。この分岐部４０４ａと抵抗体３４により、共振抑制の効果を高めることができる。

１０ 光受信モジュール、 １２ キャリア、 １４ 受光素子、 １４ａ 受光部、 １４ｂ アノード端子、 １４ｃ,１４ｄ カソード端子、 １６ ＴＩＡ、 １６ａ 本体部、 １６ｂ 入力端子、 １６ｃ,１６ｄ ＧＮＤ端子、 １６ｅ 第１側辺、 １８ 第１ワイヤ、 ３０ 混載部品、 ３２ 基板、 ３４ 抵抗体、 ３６ 第１ボンディングパッド、 ３８ 第２ボンディングパッド、 ４０ 抵抗部分、 ４２ 金属部分、 ４２ａ 下面メタライズ部、 ４２ｂ 側面メタライズ部、 ４２ｃ 上面メタライズ部、 ５０ 第２ワイヤ、 ５２ 第３ワイヤ、 ６０ キャパシタ、 ６０ａ 表面電極、 ６０ｂ 誘電体、 ６０ｃ 裏面電極、 ６２ 第４ワイヤ、 ２００ 金属板、 ２０２ 基板、 ３００,３１０ 混載部品、 ３０２ 金属膜、 ３０２ａ 本体部、 ３０２ｂ 分岐部、 ４００,４１０ 混載部品、 ４０２ 抵抗部分、 ４０４ 第１ボンディングパッド、 ４０４ａ 分岐部

Claims (8)

1. キャリアと、
   前記キャリアの上面に固定され、受光部、アノード端子、及びカソード端子を有し、光信号を光電変換する受光素子と、
   前記キャリアの上面に固定され、第１側辺を有し、前記第１側辺に沿って形成された入力端子とＧＮＤ端子を有する増幅回路と、
   前記アノード端子と前記入力端子を接続する第１ワイヤと、
   前記キャリアの上面に固定され、前記キャリアに接する金属部分と、抵抗部分とが一体化した混載部品と、
   前記カソード端子と前記抵抗部分の一端とを接続する第２ワイヤと、
   前記ＧＮＤ端子と前記金属部分の上面を接続する第３ワイヤと、
   表面電極と裏面電極を有し、前記裏面電極が前記キャリアに固定されたキャパシタと、
   前記表面電極と前記抵抗部分の他端とを接続する第４ワイヤと、を備えたことを特徴とする光受信モジュール。
2. 前記混載部品は、
   基板と、
   前記基板の下面に前記キャリアと接するように形成された下面メタライズ部と、
   前記下面メタライズ部とつながるように、前記基板の側面に形成された側面メタライズ部と、
   前記側面メタライズ部とつながるように、前記基板の上面の一部に形成された上面メタライズ部と、
   前記基板の上面に形成された抵抗体と、
   前記抵抗体の一端とつながるように前記基板の上面に形成された第１ボンディングパッドと、
   前記抵抗体の他端とつながるように前記基板の上面に形成された第２ボンディングパッドと、を備え、
   前記金属部分は、前記下面メタライズ部、前記側面メタライズ部、及び前記上面メタライズ部で構成され、
   前記抵抗部分は、前記抵抗体、前記第１ボンディングパッド、及び前記第２ボンディングパッドで構成されることを特徴とする請求項１に記載の光受信モジュール。
3. 前記混載部品は、
   基板と、
   前記基板の上面に形成された抵抗体と、
   前記抵抗体の一端とつながるように前記基板の上面に形成された第１ボンディングパッドと、
   前記抵抗体の他端とつながるように前記基板の上面に形成された第２ボンディングパッドと、を備え、
   前記第１ボンディングパッドは、オープンスタブとして機能する分岐部を有することを特徴とする請求項１に記載の光受信モジュール。
4. 前記金属部分は金属板で形成され、
   前記混載部品は、前記金属板と前記抵抗部分を接合して形成したことを特徴とする請求項１に記載の光受信モジュール。
5. 前記混載部品は、
   基板と、
   前記抵抗部分として前記基板の上面に形成された金属膜と、を備え、
   前記金属膜は、オープンスタブとして機能する分岐部を有することを特徴とする請求項１に記載の光受信モジュール。
6. 前記増幅回路はＳｉＧｅ系材料で形成されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光受信モジュール。
7. 前記キャリアから前記ＧＮＤ端子の上面までの距離と、前記キャリアから前記金属部分の上面までの距離は等しいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光受信モジュール。
8. 前記受光素子と、前記混載部品と、前記キャパシタは、平面視で、前記第１側辺に沿って一列に並んだことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光受信モジュール。

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