JP4894349B2 - ステムおよび光モジュール - Google Patents

Description

この発明は、接続端子を有するステムおよびこのステムを備えた光モジュールにかかり、特に、ノイズ除去できるステムおよび光モジュールに関する。

従来、基板やステム上に素子を搭載したモジュール、特に、ステム上にＰＤ素子とアンプ、あるいはＬＤ素子等の光学モジュール等を搭載した光モジュールでは、電源ノイズやクロストーク等の外来ノイズの除去を行っている。

図５は、従来技術による電源ノイズ除去の構成を示す回路図、図６は、従来技術による電源ノイズ除去の構成例を示す平面図である。光学モジュールとしてＰＤモジュールを例に説明すると、ＰＤモジュール５００には、プリアンプ（ＴＩＡ：Ｔｒａｎｓ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）とも呼称される）５０１が内蔵され、ＰＤ５０２によって受光した光は、プリアンプ５０１により増幅され、信号端子５０３から外部出力される。

そして、電源ノイズ等の除去のために、基板、あるいは図６に示す例のステム６００上には、マイクロチップコンデンサ（ＭＣ）５０５が搭載される。電源端子５０６ａとＰＤ５０２との間には、小容量（高周波ノイズ除去用）のＭＣ５０５ａおよび大容量（低周波ノイズ除去用）のＭＣ５０５ｂが配置され、電源端子５０６ｂとプリアンプ５０１との間には、小容量（高周波ノイズ除去用）のＭＣ５０５ｃを配置し、ワイヤ５０９を介して接続することにより、主に電源ノイズを除去する構成となっている（例えば、下記特許文献１、２参照。）。

このほか、小型のコンデンサを使用する構成としては、例えば、金属製筐体とリード端子との間に小型のコンデンサを設けて高周波における浮遊容量を短絡する構成（例えば、下記特許文献３参照。）、パッケージ取付用の穴部やコネクタ部分に貫通型コンデンサを配置して雑音の除去を図ったもの（例えば、下記特許文献４、５参照。）等がある。なお、コンデンサを円筒状等の所定形状に形成したものがある（例えば、下記特許文献６参照。）。

特開２０００−２８８７２号公報 特開２００５−２４４０３８号公報 特開２００２−３２４８６６号公報 特開平８−２８８７０１号公報 特開平１０−１８９１５４号公報 特開平８−２９８２２５号公報

しかしながら、プリアンプを内蔵したＰＤモジュールの場合、ノイズ除去のためにＰＤと電源端子との間に容量が必要であり、特許文献１、２の構成では、ステム上に実装する必要のあるマイクロチップコンデンサ（ＭＣ）の個数が増加するとともに、ステム上のスペースを占有する割合が増加する問題が生じた。

さらに、ＭＣを実装する際に、このＭＣと端子やＰＤ、プリアンプとの間を接続するワイヤ長が長くなると、このワイヤによってインダクタンス（Ｌ）成分が増加し、ノイズ除去の妨げとなった。ＭＣの個数が増加すると、ワイヤを短く近接して実装しようとしても、配置スペースが限定されてワイヤ長が長くなりやすかった。

また、ステム上においてＭＣと端子やＰＤ、プリアンプとの間の接続をできるだけ近接させなければならないため、特許文献３の如くリード端子付近にだけ設ける構成としたり、特許文献４、５のようにパッケージの外部やコネクタ部分に設ける構成では、プリアンプを含めたパッケージ全体のノイズ低減を図ることができない。なお、特許文献６に記載されたような形状のコンデンサであっても、単にステム上に配置しただけではステム上のスペース削減は行うことができない。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、実装する部品点数が増加することなく、簡単な構成で電源等の各種ノイズを効率的に除去できるステムおよび光モジュールを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかるステムは、素子が搭載され、外部に導出される端子を備えたステムにおいて、前記ステムに開口された開口部と前記端子との間に充填され、前記端子を前記ステムに固定保持するとともに、接地された前記ステムに対して所定の容量を有して前記端子を接地接続する高誘電体材料からなる容量性支持部と、前記容量性支持部に埋め込まれるように交互に配置される、前記ステムに電気的に接続された電極および前記端子に電気的に接続された電極と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる光モジュールは、光信号と電気信号を相互に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子が搭載され、内部を気密封止し、外部に導出される端子を備えたステムと、前記ステムに開口された開口部と前記端子との間に充填され、前記端子を前記ステムに固定保持するとともに、接地された前記ステムに対して所定の容量を有して前記端子を接地接続する、ガラスにフィラとして高誘電体材料を所定量混合させてなる容量性支持部と、前記容量性支持部に埋め込まれるように交互に配置される、前記ステムに電気的に接続された電極および前記端子に電気的に接続された電極と、を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、容量性支持部は、ステムと端子との間に設けられ、接地されたステムに対して端子を所定の容量を介して接地接続する。端子は、容量性支持部によって最も短い距離でステムに接地でき、不要なインダクタンス成分を生じない。容量性支持部を電源の端子部分に設けることにより、電源ノイズを吸収できる。また、ステム上に搭載していたＭＣを削減することができ、ステム上における素子の設置スペースを有効に活用できる。逆に、設置スペースを削減してステム自体を小型、小径化することも可能である。

本発明によれば、ステムの端子部分に、端子を接地する所定容量の容量性支持部を形成したため、端子を最短距離で接地でき、ノイズ除去効果を高めることができる。また、ステム上のＭＣの個数を削減でき、ステム上の素子の接地スペースを有効利用できるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかるステムおよび光モジュールの好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による光モジュールのステム部分の構成を示す平面図である。この図１は、受光素子（ＰＤ）を備えた光モジュールの構成例を示している。円形状のステム１００の中央には、ＰＤ１０１が配置されている。このＰＤ１０１の側部にはプリアンプ（ＴＩＡ）１０２が配置されている。また、このステム１００からは、４本の端子１０５が外部（図の奥行方向）に導出されている。２本はＰＤ１０１およびプリアンプ１０２に対する電源端子（Ｖｃｃ，Ｖｐｄ）１０５ａ，１０５ｂであり、残りの２本はプリアンプ出力の信号端子（ＯＵＴ１，ＯＵＴ２）１０５ｃ，１０５ｄである。

そして、図示の例では、比較的容量が大きい低周波除去用の１個のマイクロチップコンデンサ（ＭＣ）１０７をできるだけＰＤ１０１に近接して設けている。電源端子（Ｖｐｄ）１０５ｂとＭＣ１０７との間、およびＭＣ１０７とＰＤ１０１との間には電源供給用のワイヤ１０９ａが接続されている。また、電源端子（Ｖｃｃ）１０５ａとプリアンプ１０２との間にも電源供給用のワイヤ１０９ｂが接続されている。また、信号端子（ＯＵＴ１）１０５ｃとプリアンプ１０２との間、および信号端子（ＯＵＴ２）１０５ｄとプリアンプ１０２との間にもそれぞれ信号出力用のワイヤ１０９ｃ，１０９ｄが接続されている。これらのワイヤ１０９（１０９ａ〜１０９ｄ）は、いずれもインダクタンス（Ｌ）成分を抑えるためにワイヤ長ができるだけ短くなるように接続している。

ステム１００は接地（ＧＮＤ）されており、ステム１００から導出する各端子１０５（１０５ａ〜１０５ｄ）は、それぞれステム１００に対して電気的に絶縁された容量性支持部１１０によって保持されている（詳細は後述する）。すなわち、ステム１００が外部導体であり、所定径の開口部１００ａ部分に、信号導体としての端子１０５が貫通しており、この開口部１００ａに容量性支持部１１０が設けられ、端子１０５は、ステム１００との間に、容量性支持部１１０による所定の容量を有する同軸線路が形成されている。ＰＤ１０１，プリアンプ１０２，ＭＣ１０７は、それぞれ底面がステム１００を介してＧＮＤに接続されている。このステム１００は、図示しないＣＡＮ（パッケージ）により覆われ、内部が気密封止されている。

図２は、ステムと端子部分の構成を示す斜視図である。外部に導出される端子１０５は、ステム１００との間の容量性支持部１１０によりステム１００内部を気密しつつステム１００に固定される。この容量性支持部１１０は、ハーメチックガラス等の低融点ガラスにフィラとしてセラミック等の高誘電体材料を所定量混合させたものからなり、これをステム１００と端子１０５の周りに充填し、焼結させることにより形成される。この容量性支持部１１０は、ステム（ＧＮＤ）１００と、端子１０５との間で比較的小容量な高周波ノイズ除去用の容量（コンデンサ）として機能する。

この容量性支持部１１０の容量Ｃについて説明する。外部導体であるステム１００に開口された内径Ｄ＝１ｍｍであり、中心導体（端子１０５）の直径ｄ＝０．３５ｍｍ、長さ（ステム１００の厚さに相当）Ｌ＝１ｍｍ、比誘電率εｒ＝６．５（通常のハーメチックガラス）の場合における容量Ｃは、
容量Ｃ＝０．２４１３×εｒ／ＬＯＧ（Ｄ／ｄ）＝０．３４ｐＦとなる。

現在、電源ノイズを除去するためにＭＣ１０７を設けたとき、その容量は、数１０〜数１０００ｐＦ程度のものが用いられている。また、例えば、低融点ガラスにフィラとして、高誘電体（セラミック等）材料を混合し、焼結することにより高容量化が可能となる。例えば、ＭＣ１０７の材料として用いられているセラミックとしては、εｒ＝３００００〜４００００の特性を有するものがある。

したがって、この発明では、容量性支持部１１０は上記同様の形状とし、εｒ＝４００００の材料（フィラ）を１０％混入（フィラ濃度１０％）して形成する。この容量性支持部１１０は、ステム１００から突出する端子１０５を固定保持するとともに、容量性支持部１１０単体としては、円環状の形状となり、外周面が一方の電極面となるＧＮＤのステム１００に接続され、内周面が他方の電極面となる端子１０５に接続されるコンデンサ相当の容量性の素子として機能する。

これにより、εｒ１≒４０００となり、容量Ｃ１≒２１０ｐＦが得られる。さらに、フィラ濃度＝５０％、内径Ｄ＝０．８ｍｍ、直径ｄ＝０．４５ｍｍとすると、εｒ２≒２００００となり、容量Ｃ２≒２０００ｐＦとなる。このように、容量性支持部１１０のフィラ濃度、外部導体（ステム１００）の内径Ｄ、中心導体（リード端子）の直径ｄ、ステム厚を最適化することにより、所望の容量値を得ることができる。なお、フィラ濃度を１００％とし、容量性支持部１１０全体をセラミックで構成することも可能である。容量性支持部１１０がＭＣ１０７相当の容量とすることができる場合には、図１に示したＭＣ１０７を省くこともできるようになる。

上記の容量性支持部１１０は、端子１０５のうち、電源端子（Ｖｃｃ，Ｖｐｄ）１０５ａ，１０５ｂに設けることにより、電源ノイズを低減できる。これに限らず、信号端子（ＯＵＴ１）１０５ｃおよび信号端子（ＯＵＴ２）１０５ｄにも容量性支持部１１０を設けることにより、電源ノイズに限らず、信号ライン上のノイズを低減できるため、クロストーク等外部から到来するノイズを低減させることもできるようになる。

そして、容量性支持部１１０は、ステム１００の開口部１００ａ部分に充填して構成されるものであるため、ステム１００上のスペースを取らず、ステム１００上のスペースを有効利用できるようになる。加えて、容量性支持部１１０は、ステム１００上にＭＣ１０７を搭載することに代えて端子１０５部分に同軸状に形成されるものであるため、ステム１００上に配置するＭＣ１０７の個数を削減することができ、部品点数を削減できる。ステム１００上に搭載する部品点数の削減により、ステム１００の径をより細径化することもできるようになる。

さらに、容量性支持部１１０は、端子１０５に対して最も短い距離で接続し、この端子１０５を最も短い距離で接地することができるとともに、接続のためのワイヤを不要にできるため、ワイヤによって生じていたインダクタンス（Ｌ）成分を大幅に削減できるようになる。また、容量性支持部１１０は、ステム１００の製造段階で形成することができるため、ステム１００上に複数のＭＣ１０７を搭載する組み立て時の手間を省くことができ、生産性を向上できるようになる。

以上説明した実施の形態１によれば、ステム１００内部にコンデンサ機能を有する容量性支持部１１０を設けて、端子１０５を支持するとともに端子１０５を最短距離でステム１００に接地させることができるため、電源ノイズやクロストーク等のノイズを低減させることができる。また、ステム１００上に搭載していたＭＣ１０７の個数を削減できるため、ステム１００上のスペースを有効活用できるようになる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２は、実施の形態１に比して容量を大容量化したものである。図３は、実施の形態２によるステムと端子部分の構成を示す側断面図である。

実施の形態２の容量性支持部３１０についても、実施の形態１と同様にステム１００の開口部１００ａに形成される。誘電体３１１の内部には、端子１０５に接続され、導出された電極３１２と、ステム１００に接続され、導出された電極３１３とが交互に（断面でみて櫛歯状に）配置された構成である。これら電極３１２，３１３は、それぞれ異なる径を有して円環状に形成されている。例えば、低融点ガラスにフィラとして、高誘電体（セラミック等）材料を混合し、焼結して形成された誘電体３１１は、これら電極３１２，３１３により分割され、容量成分が互いに並列接続されることとなるため、容量をさらに増大することができる。

図３に示す例では、端子１０５から一つの電極３１２を導出し、ステム１００からも一つの電極３１３を導出した構成としたが、これに限らない。図４は、実施の形態２によるステムと端子部分の他の構成を示す側断面図である。図４に示すように、端子１０５から導出する電極３１２と、ステム１００から導出する電極３１３の数をそれぞれ複数とし、互いに交互に配置することにより、並列分の容量が増大し、さらなる高容量化が行えるようになる。例えば、容量性支持部３１０が図１に示したＭＣ１０７相当の容量とすることができる場合には、ステム１００上からＭＣ１０７を省くこともできるようになる。

以上説明した実施の形態２によれば、容量性支持部３１０を構成する誘電体３１１の内部にステム１００および端子１０５からそれぞれ導出された、一つあるいは複数の電極３１２，３１３を設けることにより、容量を増大させることができるようになる。この容量性支持部３１０により、それまでステム１００上に搭載して用いていた比較的大容量のＭＣ１０７の代用として用いることができるようになる。そして、ステム１００上のスペースを有効利用できるとともに、ステム１００上のスペースに空きを設けることもできるようになる。

また、上記実施の形態１，２では、光モジュールとしてＰＤを備えた受光モジュールを例に説明したが、レーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子を搭載した発光モジュールに適用することもできる。発光モジュールにおいても、電源端子および信号端子部分に上記の容量性支持部を設けることにより、電源ノイズおよびクロストーク等のノイズを除去できるようになる。また、この発明は、光モジュールに限らず、電源ラインや信号ラインを備えた各種モジュールに適用して同様のノイズ除去効果を得ることができる。

（付記１）素子が搭載され、外部に導出される端子を備えたステムにおいて、
前記ステムに開口された開口部と前記端子との間に充填され、前記端子を前記ステムに固定保持するとともに、接地された前記ステムに対して所定の容量を有して前記端子を接地接続する、ガラスにフィラとして高誘電体材料を所定量混合させてなる容量性支持部を備えたことを特徴とするステム。

（付記２）素子が搭載され、外部に導出される端子を備えたステムにおいて、
前記ステムに開口された開口部と前記端子との間に充填され、前記端子を前記ステムに固定保持するとともに、接地された前記ステムに対して所定の容量を有して前記端子を接続する高誘電体材料からなる容量性支持部を備えたことを特徴とするステム。

（付記３）前記容量性支持部は、前記ステム側に接地接続された電極と、前記端子側に接続された電極とが交互に配置されていることを特徴とする付記１または２に記載のステム。

（付記４）前記電極は、それぞれ異なる径を有する円環状に形成されていることを特徴とする付記３に記載のステム。

（付記５）前記高誘電体材料は、セラミックあるいはチタン酸バリウムからなることを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載のステム。

（付記６）光信号と電気信号を相互に変換する光電変換素子と、
前記光電変換素子が搭載され、内部を気密封止し、外部に導出される端子を備えたステムと、
前記ステムに開口された開口部と前記端子との間に充填され、前記端子を前記ステムに固定保持するとともに、接地された前記ステムに対して所定の容量を有して前記端子を接地接続する、ガラスにフィラとして高誘電体材料を所定量混合させてなる容量性支持部と、
を備えたことを特徴とする光モジュール。

（付記７）前記光電変換素子は、光信号を検出し電気信号に変換する受光素子であり、
前記ステム上で前記光電変換素子の近傍に搭載されるプリアンプを備え、
前記容量性支持部は、前記端子のうち少なくとも前記光検出器および前記プリアンプに対して供給する電源用の端子の部分に設けたことを特徴とする付記６に記載の光モジュール。

以上のように、本発明にかかるステムおよび光モジュールは、電源ノイズ等のノイズ除去に有用であり、特に、ステムの小型化およびノイズ除去が必要な伝送経路上に配置される光モジュールに適している。

本発明の実施の形態１による光モジュールのステム部分の構成を示す平面図である。 ステムと端子部分の構成を示す斜視図である。 実施の形態２によるステムと端子部分の構成を示す側断面図である。 実施の形態２によるステムと端子部分の他の構成を示す側断面図である。 従来技術による電源ノイズ除去の構成を示す回路図である。 従来技術による電源ノイズ除去の構成例を示す平面図である。

符号の説明

１００ ステム
１００ａ 開口部
１０１ ＰＤ（受光素子）
１０２ プリアンプ（ＴＩＡ）
１０５ 端子
１０５ａ，１０５ｂ 電源端子
１０５ｃ，１０５ｄ 信号端子
１０７ ＭＣ（マイクロチップコンデンサ）
１０９（１０９ａ〜１０９ｄ） ワイヤ
１１０ 容量性支持部

Claims (4)

1. 素子が搭載され、外部に導出される端子を備えたステムにおいて、
   前記ステムに開口された開口部と前記端子との間に充填され、前記端子を前記ステムに固定保持するとともに、接地された前記ステムに対して所定の容量を有して前記端子を接地接続する、ガラスにフィラとして高誘電体材料を所定量混合させてなる容量性支持部と、
   前記容量性支持部に埋め込まれるように交互に配置される、前記ステムに電気的に接続された電極および前記端子に電気的に接続された電極と、
   を備えたことを特徴とするステム。
2. 素子が搭載され、外部に導出される端子を備えたステムにおいて、
   前記ステムに開口された開口部と前記端子との間に充填され、前記端子を前記ステムに固定保持するとともに、接地された前記ステムに対して所定の容量を有して前記端子を接続する高誘電体材料からなる容量性支持部と、
   前記容量性支持部に埋め込まれるように交互に配置される、前記ステムに電気的に接続された電極および前記端子に電気的に接続された電極と、
   を備えたことを特徴とするステム。
3. 光信号と電気信号を相互に変換する光電変換素子と、
   前記光電変換素子が搭載され、内部を気密封止し、外部に導出される端子を備えたステムと、
   前記ステムに開口された開口部と前記端子との間に充填され、前記端子を前記ステムに固定保持するとともに、接地された前記ステムに対して所定の容量を有して前記端子を接地接続する、ガラスにフィラとして高誘電体材料を所定量混合させてなる容量性支持部と、
   前記容量性支持部に埋め込まれるように交互に配置される、前記ステムに電気的に接続された電極および前記端子に電気的に接続された電極と、
   を備えたことを特徴とする光モジュール。
4. 前記光電変換素子は、光信号を検出し電気信号に変換する受光素子であり、
   前記ステム上で前記光電変換素子の近傍に搭載されるプリアンプを備え、
   前記容量性支持部は、前記端子のうち少なくとも前記光検出器および前記プリアンプに対して供給する電源用の端子の部分に設けたことを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。

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