受光素子キャリアおよびそれを用いた受光モジュール
【課題】受光素子キャリアにおいて、３次元的に配置される素子等を接続可能であり、高周波特性に優れた高周波伝送路をもつ受光素子キャリアを実現することを目的とする。
【解決手段】本発明にかかる受光素子キャリアは、シート状の誘電体を積層しブロック状に形成した多層基板と、素子実装面４ａ上に備えられた受光素子１と、素子実装面４ａ上に形成され多層基板の層と平行に延在する部分を有し、受光素子１と接続された伝送路６ａと、素子実装面４ａ上の伝送路６ａを除く領域に形成されたＧＮＤパターン７ａと、多層基板の層間である境界面に形成され素子実装面４ａにおいて伝送路６ａと接続された伝送路６ｂと、伝送路６ｂが形成された境界面の上下の境界面に形成され素子実装面４ａにおいてＧＮＤパターン７ａと接続された複数のＧＮＤパターン７ｂと、伝送路６ａに隣接して配置され各ＧＮＤパターン７ｂを互いに接続するスルーホール８とを備える。
【解決手段】本発明にかかる受光素子キャリアは、シート状の誘電体を積層しブロック状に形成した多層基板と、素子実装面４ａ上に備えられた受光素子１と、素子実装面４ａ上に形成され多層基板の層と平行に延在する部分を有し、受光素子１と接続された伝送路６ａと、素子実装面４ａ上の伝送路６ａを除く領域に形成されたＧＮＤパターン７ａと、多層基板の層間である境界面に形成され素子実装面４ａにおいて伝送路６ａと接続された伝送路６ｂと、伝送路６ｂが形成された境界面の上下の境界面に形成され素子実装面４ａにおいてＧＮＤパターン７ａと接続された複数のＧＮＤパターン７ｂと、伝送路６ａに隣接して配置され各ＧＮＤパターン７ｂを互いに接続するスルーホール８とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は受光素子キャリアおよびそれを用いた受光モジュールに関し、特に、光通信システムにおいて、受光素子、アンプ等を実装、保持する受光素子キャリアと、受光素子キャリアを備える受光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光強度信号を電気信号に変換する受光モジュールは、受光素子キャリアを備えている。この受光素子キャリアにより、受光素子、電気増幅素子（アンプ）などの素子が適切な位置および向きに保持される。これら素子は、受光素子キャリア上に形成された高周波伝送路に接続され、光学系と共にパッケージに収納されている。
【０００３】
受光モジュールでは、入射された信号光が、光学系を介し受光素子上の受光部に集光される。受光素子において光強度信号は微弱な電気信号に変換され、さらにアンプにおいて電気的に増幅された後、高周波伝送路を通りパッケージの出力端子より出力される。
【０００４】
しかし、光学系、受光素子、アンプ、パッケージなどの形状からの制約があり、受光素子、アンプを、高周波信号の伝送が容易な伝送路方向に対し２次元的に配置することができず、３次元的に配置する必要が生じることがある。
【０００５】
特許文献１における、従来の受光モジュールの構成を図１７に示す。多層基板の側面に受光素子とアンプとを実装し、アンプの設置高さの境界面から延在する伝送路から、スルーホールを介してパッケージ出力の設置高さの境界面の伝送路に接続することで、アンプから出力端子まで、信号を伝送する構成となっている。
【０００６】
また、特許文献２では、受光素子キャリア表面上に形成されたコプレーナ線路により受光素子キャリア後方まで伝送する形態（図１８）と、受光素子キャリア表面から受光素子キャリアを貫通するスルーホールにより裏面まで伝送する形態とが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４００１７４４号
【特許文献２】特開２００２−２９９６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これまでの３次元的に配置された素子を接続する高周波伝送路を有する受光素子キャリアでは、反射特性の悪化や共振の原因となる、長いワイヤボンド、スルーホール、フレキシブル基板などが多用されているため、信号の周波数が高くなるとその伝送が困難であった。一方で、光通信の高速化に伴い、より高い帯域の信号へ対応が求められている。
【０００９】
特許文献１では、伝送路に含まれるスルーホール付近において、インピーダンスの不整合が発生するため、反射特性が悪化する。また、カップリングした差動線路を用いているため、線路は出力高さに対し上下対称な構造を持ち、素子の実装高さが出力の実装高さと略一致するもの以外には適用が難しい。
【００１０】
特許文献２では、受光素子キャリア側面に設置されたコプレーナ線路が示されているが、線路左右のＧＮＤ（Ｇｒｏｕｎｄ）が近距離で接続されていない場合、左右ＧＮＤ間に電位差が発生する。この電位差が原因となり共振が発生し、信号を伝送できない周波数帯ができる。
【００１１】
図１６は、図１５に示した従来の受光素子キャリアにおける、共振周波数のシミュレーション結果を示す図である。横軸は伝送する信号の周波数、縦軸はＳパラメータである。２０Ｇｂｐｓ〜４０Ｇｂｐｓ程度の高周波信号を伝送するには、４０ＧＨｚ程度まで帯域が必要であるが、図１５に示す受光素子キャリア側面における伝送路の線路長（３５０μｍ、６５０μｍ）を長くするほど共振周波数は低くなり、３５０μｍを超えると４０ＧＨｚ以下で共振する（Ｓ１１、Ｓ２１参照）。従って、３５０μｍを超えて伝送することが困難になる。
【００１２】
多層基板をスルーホールで貫通する場合には、スルーホールを多用するために高周波特性は悪化する。また、素子位置をわずかに並行移動するなどの軽微な設計変更で線路位置を調整する場合、高周波特性を維持するにはスルーホール位置の変更が必要である。このため汎用的な使用には不適であった。
【００１３】
本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、高周波数でも反射や共振を起こさず、かつ設計許容度の高い受光素子キャリアおよびそれを備える受光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の態様にかかる受光素子キャリアは、シート状の誘電体を積層し、ブロック状に形成した多層基板と、前記多層基板の側面上に備えられた受光素子と、前記側面上に形成され、前記多層基板の層と平行に延在する部分を有し、前記受光素子と接続された第１伝送路と、前記側面上の前記第１伝送路を除く領域に形成された、第１ＧＮＤパターンと、前記多層基板の層間である境界面に形成され、前記側面において前記第１伝送路と接続された、第２伝送路と、前記第２伝送路が形成された境界面の上下の境界面に形成され、前記側面において前記第１ＧＮＤパターンと接続された、複数の第２ＧＮＤパターンと、前記第１伝送路に隣接して配置され、各前記第２ＧＮＤパターンを互いに接続する第１スルーホールとを備える。
【００１５】
また、本発明の第２の態様にかかる受光素子キャリアは、シート状の誘電体を積層し、ブロック状に形成した多層基板と、前記多層基板の側面上に備えられた受光素子と、前記側面上に形成され、前記多層基板の層と交差する方向に延在する部分を有し、前記受光素子と接続された第１伝送路と、前記側面上の前記第１伝送路を除く領域に形成された、第１ＧＮＤパターンと、前記多層基板の層間である境界面に形成され、前記側面において前記第１伝送路と接続された、第２伝送路と、前記第１伝送路の設置高さにある前記境界面に形成され、前記側面において、前記第１伝送路を跨いで前記第１ＧＮＤパターンと接続された、第２ＧＮＤパターンとを備える。
【００１６】
また、本発明の第３の態様にかかる受光素子キャリアは、シート状の誘電体を底面に対し傾斜して積層し、ブロック状に形成した多層基板と、前記多層基板の側面上に備えられた受光素子と、前記多層基板の層間である境界面に形成され、前記側面において前記受光素子と接続された、第１斜面伝送路とを備える。
【００１７】
また、本発明にかかる受光モジュールは、上記いずれかの受光素子キャリアを備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第１の態様にかかる受光素子キャリアによれば、シート状の誘電体を積層し、ブロック状に形成した多層基板と、前記多層基板の側面上に備えられた受光素子と、前記側面上に形成され、前記多層基板の層と平行に延在する部分を有し、前記受光素子と接続された第１伝送路と、前記側面上の前記第１伝送路を除く領域に形成された、第１ＧＮＤパターンと、前記多層基板の層間である境界面に形成され、前記側面において前記第１伝送路と接続された、第２伝送路と、前記第２伝送路が形成された境界面の上下の境界面に形成され、前記側面において前記第１ＧＮＤパターンと接続された、複数の第２ＧＮＤパターンと、前記第１伝送路に隣接して配置され、各前記第２ＧＮＤパターンを互いに接続する第１スルーホールとを備えることにより、ＧＮＤ間に電位差を抑制し、高周波数でも反射や共振を起こさず、かつ高い設計許容度を実現することができる。
【００１９】
また、本発明の第２の態様にかかる受光素子キャリアによれば、シート状の誘電体を積層し、ブロック状に形成した多層基板と、前記多層基板の側面上に備えられた受光素子と、前記側面上に形成され、前記多層基板の層と交差する方向に延在する部分を有し、前記受光素子と接続された第１伝送路と、前記側面上の前記第１伝送路を除く領域に形成された、第１ＧＮＤパターンと、前記多層基板の層間である境界面に形成され、前記側面において前記第１伝送路と接続された、第２伝送路と、前記第１伝送路の設置高さにある前記境界面に形成され、前記側面において、前記第１伝送路を跨いで前記第１ＧＮＤパターンと接続された、第２ＧＮＤパターンとを備えることにより、ＧＮＤ間に電位差を抑制し、高周波数でも反射や共振を起こさず、かつ高い設計許容度を実現することができる。
【００２０】
また、本発明の第３の態様にかかる受光素子キャリアによれば、シート状の誘電体を底面に対し傾斜して積層し、ブロック状に形成した多層基板と、前記多層基板の側面上に備えられた受光素子と、前記多層基板の層間である境界面に形成され、前記側面において前記受光素子と接続された、第１斜面伝送路とを備えることにより、伝送路を短縮し、高周波数でも反射や共振を起こさず、かつ高い設計許容度を実現することができる。
【００２１】
また、本発明にかかる受光モジュールによれば、上記いずれかの受光素子キャリアを備えることにより、高周波数でも反射や共振を起こさず、かつ高い設計許容度を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態１の受光素子キャリアの斜視図である。
【図２】実施の形態１の受光素子キャリアの正面図である。
【図３】実施の形態１の導体パターンの構成を示す斜視透視図である。
【図４】実施の形態１の導体パターンの構成を示す上面透視図である。
【図５】実施の形態１のＧＮＤの接続経路を示す概観図である。
【図６】実施の形態１のＧＮＤの接続経路を示す概観図である。
【図７】実施の形態１の電磁界シミュレーションの結果を示す図である。
【図８】実施の形態２の導体パターンの構成を示す斜視透視図である。
【図９】実施の形態２の導体パターンの構成を示す上面透視図である。
【図１０】実施の形態２のＧＮＤの接続経路を示す概観図である。
【図１１】実施の形態２のＧＮＤの接続経路を示す概観図である。
【図１２】実施の形態３の導体パターンの構成を示す斜視透視図である。
【図１３】実施の形態３の側面導体パターンを示す正面図である。
【図１４】実施の形態４の構成を示す斜視透視図である。
【図１５】従来の受光素子キャリアの斜視図である。
【図１６】従来の受光素子キャリアの伝送路での高周波特性を示す図である。
【図１７】従来の受光素子キャリアの斜視図である。
【図１８】従来の受光素子キャリアの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜Ａ．実施の形態１＞
＜Ａ−１．構成＞
図１〜７は、実施の形態１による受光素子キャリアの構成、特徴を示す図である。図１は、本発明の受光素子キャリア１００の斜視図である。図２は、受光素子キャリア１００を光学系側から見た正面図である。図３は、受光素子キャリア１００の表面および内部に設けられた導体パターンの構成を示す斜視透視図である。図４は、導体パターンの構成を示す上面透視図である。図５は、図３のｉに示す平面での受光素子キャリア１００の断面図で、実施の形態１でのＧＮＤの最短接続経路を示す概観図である。図６は、受光素子キャリア１００の側面である素子実装面４ａの拡大図で、実施の形態１でのＧＮＤの最短接続経路を示す概観図である。図７は、本実施の形態１の電磁界シミュレーションの結果である。
【００２４】
図１は受光素子キャリア１００の構成を示しており、受光素子キャリア１００の側面を素子実装面４ａとする。素子実装面４ａには、受光素子１と、受光素子１と接続されるアンプＩＣ３と、さらにアンプＩＣ３と接続される第１伝送路としての伝送路６ａが配置される。また、素子実装面４ａには、伝送路６ａを囲むように第１ＧＮＤパターンとしてのＧＮＤパターン７ａが形成されている。なお図１において、伝送路を示す領域には格子模様を、ＧＮＤパターンを示す領域には斜線をそれぞれ記載している。以下の図面においても同様である。
【００２５】
図示していないが、受光素子キャリア１００の図１中右側には信号光を集光する光学系、一方図面中左側の側面４ｂにはパッケージ出力端子が配置されパッケージに収められている。信号光は図右方向より素子実装面４ａ上へ入射される。
【００２６】
図２は素子実装面４ａの正面図であり、素子実装面４ａ上には、受光素子１、アンプＩＣ３、伝送路６ａが形成されている。なお図示していないが、この他にコンデンサなどが実装される。受光素子１の設置位置は、信号光の集光位置と素子の受光部とが一致するよう設定される。また、アンプＩＣ３の設置位置は、内部回路と受光素子１の寄生容量とに対し、受光素子１とアンプＩＣ３とを接続する金ワイヤ２ａのインダクタンス、リアクタンスが適切となるよう配置される。２０ＧＨｚ以上の帯域を用いる場合、おおよそ受光素子１からサブミリメートル程度の位置にアンプＩＣ３が配置される。
【００２７】
光学系により集光された信号光は、受光素子１で電気信号に変換され、金ワイヤ２ａで接続されたアンプＩＣ３へ送られる。アンプＩＣ３で増幅された出力は、金ワイヤ２ｂで接続された伝送路６ａへ送られる。伝送路６ａは、受光素子キャリア１００内に形成された伝送路に接続されている。信号は伝送路を介して、受光素子キャリア１００後方の側面４ｂから、パッケージ出力端子へ出力される。
【００２８】
ここで、受光素子キャリア１００は、シート状の誘電体を積み重ね、ブロック状に焼結したもので、層状の構造を持つ多層基板である。各誘電体層の層厚は、シート厚の調整により数十μｍピッチで任意に決定できる。また各層の境界面には、積層時に導体をプリントすることにより、伝送路およびＧＮＤパターンを設けることができる。各層間の導体は、シートにスルーホールを空けることで接続される。さらに、焼結後、例えばＧＮＤパターン７ａのように、受光素子キャリア１００の表面に導体パターンをプリントすることもできる。
【００２９】
図３に示すように、本実施の形態１の受光素子キャリア１００は、底面側から層１００Ａ〜層１００Ｄの４層からなる多層基板である。層１００Ａ−層１００Ｂおよび層１００Ｃ−層１００Ｄの境界面に第２ＧＮＤパターンとしてのＧＮＤパターン７ｂを、層１００Ｂ−層１００Ｃの境界面に第２伝送路としての伝送路６ｂを形成し、ストリップ線路を構成する。層厚は、層１００Ｂ−層１００Ｃの境界面高さと、パッケージ出力端子高さとを一致させるとともに、ストリップ線路のインピーダンスが整合するよう適切に設定されている。
【００３０】
受光素子キャリア１００の素子実装面４ａ上に、アンプＩＣ３の出力位置付近から、伝送路６ｂの素子実装面４ａへの露出部まで、多層基板の層と平行に延在する部分を有した伝送路６ａを設け、またその周囲には、ＧＮＤパターン７ａが、インピーダンスが整合するよう設けられ、コプレーナ線路が構成されている。
【００３１】
アンプＩＣ３（図２参照）の出力は、可能な限り短い金ワイヤ２ｂ（図２参照）でコプレーナ線路である伝送路６ａに接続される。さらに伝送路６ａは、受光素子キャリア１００内部に形成されたストリップ線路である伝送路６ｂに接続される。
【００３２】
伝送路６ａの周囲でＧＮＤパターン７ａとＧＮＤパターン７ｂとを接続するとともに、伝送路６ａ直下に設けられた、すなわち、伝送路６ａに隣接して配置されたスルーホール８（図４参照）により、境界面の上下のＧＮＤパターン７ｂを接続する。
【００３３】
これにより、図５、図６に示すように、伝送路６ａを囲むように設けられたＧＮＤパターン７ａの長方形の抜けパターン（伝送路６ａが形成される部分）の両側に位置する点ａと点ｂとを接続する最短経路は、伝送路６ａを回りこむ経路（一点鎖線）ではなく、受光素子キャリア１００内部のＧＮＤパターン７ｂ、スルーホール８を介して接続される経路（点線）に短縮される。このとき、経路を可能な限り短縮するために、伝送路６ｂを挟む上下のＧＮＤパターン７ｂは、伝送路６ｂに隣接している方がよく、すなわち、ＧＮＤパターン７ａとＧＮＤパターン７ｂとの接続点が、伝送路６ａに隣接している方が望ましい。また、スルーホール８も、伝送路６ａに可能な限り隣接する位置に形成されることが望ましい。なお図示はしないが、スルーホールは、隣接する位置以外の位置にも配置することで、他の境界面におけるＧＮＤパターンも、伝送路６ｂのＧＮＤとして機能させ、よりＧＮＤ効果を向上させることも可能である。
【００３４】
ここで、高周波信号伝送時に点ａ、ｂ間に発生する電位差は、電位の変動の伝播時間が原因となるが、その経路が高周波信号の波長に対して短ければ、発生する電位差は小さくなる。受光素子キャリア１００内部のＧＮＤパターン７ｂが素子実装面４ａにおけるＧＮＤパターン７ａと接続され、スルーホール８も含めた経路をとれる場合のシミュレーションでは、図７に示すように、共振周波数が４０ＧＨｚ以上となった。
【００３５】
以上の構成により、実施の形態１では、素子実装面４ａに形成された伝送路６ａと、受光素子キャリア１００内部に２次元的に形成された伝送路６ｂとを用いて信号を伝送することで、高周波特性が悪化しうる箇所を伝送路６ａと伝送路６ｂとの接続点のみとし、また、素子実装面４ａに形成されたＧＮＤパターン７ａと受光素子キャリア１００内部に形成されたＧＮＤパターン７ｂとを接続し、スルーホール８を介した経路を形成することで、高周波特性が良好で、設計許容度の高い受光素子キャリアおよびそれを用いた受光モジュールを提供することができる。
【００３６】
＜Ａ−２．効果＞
本発明にかかる実施の形態１によれば、受光素子キャリアにおいて、シート状の誘電体を積層し、ブロック状に形成した多層基板と、多層基板の側面である素子実装面４ａ上に備えられた受光素子１と、素子実装面４ａ上に形成され、多層基板の層と平行に延在する部分を有し、受光素子１と接続された第１伝送路である伝送路６ａと、素子実装面４ａ上の伝送路６ａを除く領域に形成された、第１ＧＮＤパターンであるＧＮＤパターン７ａと、多層基板の層間である境界面に形成され、素子実装面４ａにおいて伝送路６ａと接続された、第２伝送路である伝送路６ｂと、伝送路６ｂが形成された境界面の上下の境界面に形成され、素子実装面４ａにおいてＧＮＤパターン７ａと接続された、複数の第２ＧＮＤパターンであるＧＮＤパターン７ｂと、伝送路６ａに隣接して配置され、各ＧＮＤパターン７ｂを互いに接続する第１スルーホールであるスルーホール８とを備えることで、ＧＮＤ間に電位差を抑制し、高周波数でも反射や共振を起こさず、かつ高い設計許容度を実現することができる。
【００３７】
また、高周波特性悪化の小さい平面内の２次元的曲げのみ伝送路６ｂを形成しているので、反射や共振を抑制することができる。
【００３８】
また、本発明にかかる実施の形態１によれば、受光素子キャリアにおいて、第１伝送路である伝送路６ａに隣接する位置だけではなく、各ＧＮＤパターン７ｂを互いに接続する第２スルーホールであるスルーホールをさらに備えることで、他の境界面におけるＧＮＤパターン７ｂも伝送路６ｂのＧＮＤとして機能させ、よりＧＮＤ効果を向上させることができる。
【００３９】
また、本発明にかかる実施の形態１によれば、受光モジュールにおいて、上記の受光素子キャリアを備えることで、高周波数でも反射や共振を起こさず、かつ高い設計許容度を実現することができる。
【００４０】
また、本発明にかかる実施の形態１によれば、受光モジュールにおいて、素子実装面４ａは、入射光学系に対して固定され、第２伝送路である伝送路６ｂは、素子実装面４ａと反対側の側面４ｂにおいて出力端子に接続されることで、高周波数でも反射や共振を起こさず、信号を伝送することができる。
【００４１】
＜Ｂ．実施の形態２＞
＜Ｂ−１．構成＞
図８〜１１は、実施の形態２の受光素子キャリア１０１の構成、特徴を示す図である。図８は受光素子キャリア１０１の表面および内部に設けられた導体パターンの構成を示す斜視透視図である。また、図９は、導体パターンの構成を示す上面透視図である。図１０は、図８のｊに示す平面での受光素子キャリア１０１の断面図で、実施の形態２でのＧＮＤの最短接続経路を示す概観図である。図１１は、受光素子キャリア１０１の側面である素子実装面４ａの拡大図で、実施の形態２でのＧＮＤの最短接続経路を示す概観図である。
【００４２】
実施の形態１と同様に受光素子１が実装されるが、素子配置高さを光学系に最適化すると、アンプＩＣ３の出力端子の高さと、パッケージ出力端子の高さには差が生じる。
【００４３】
図８に示すように、実施の形態２の受光素子キャリア１０１には、底面側から形成された層１００Ａ〜層１００Ｄの４層に加え、層１００Ｄのさらに上層に層１００Ｅ、層１００Ｆが形成される。層１００Ａ−層１００Ｂの境界面、層１００Ｃ−層１００Ｄの境界面、層１００Ｄ−層１００Ｅの境界面および層１００Ｅ−層１００Ｆの境界面に第２ＧＮＤパターンとしてのＧＮＤパターン７ｄを形成し、層１００Ｂ−層１００Ｃの境界面に第２伝送路としての伝送路６ｂを形成する。層１００Ａ−層１００Ｂの境界面、層１００Ｂ−層１００Ｃの境界面、層１００Ｃ−層１００Ｄの境界面上の導体パターンでストリップ線路を構成する。なお図示はしていないが、実施の形態１において示した受光素子１は同様に備えられているものとする。
【００４４】
層厚は、層１００Ｂ−層１００Ｃの境界面の高さと、パッケージ出力端子高さとを一致させるとともに、ストリップ線路のインピーダンスが整合するよう適切に設定されている。また、層１００Ｄ−層１００Ｅの境界面および層１００Ｅ−層１００Ｆの境界面が、素子実装面４ａにおける第１伝送路としての伝送路６ｃの設置位置高さとなるよう層厚を調整する。なお伝送路６ｃは、多層基板の層と交差する方向に延在する部分を有する。
【００４５】
ここで受光素子キャリア１０１内部のＧＮＤパターン７ｄは、図８、図９に示すように、伝送路６ｃとの短絡を避けるためのクリアランスをもち、それ以外の部分で素子実装面４ａに露出し、伝送路６ｃを除く領域に形成された、第１ＧＮＤパターンとしてのＧＮＤパターン７ｃと接続される。すなわちＧＮＤパターン７ｄ、伝送路６ｃの設置高さにある境界面に形成され、素子実装面４ａにおいて、伝送路６ｃを跨いでＧＮＤパターン７ｃと接続される。これにより、図１０、図１１に示すように、伝送路６ｃを囲むように設けられたＧＮＤパターン７ｃの長方形の抜けパターン（伝送路６ｃが形成される部分）の両側に位置する点ａと点ｂと接続する最短経路は、伝送路６ｃを回りこむ経路（一点鎖線）ではなく、受光素子キャリア１０１内部のＧＮＤパターン７ｄを介して接続される経路（点線）に短縮される。
【００４６】
ここで、高周波信号伝送時に点ａ、ｂ間に発生する電位差は、電位の変動の伝播時間が原因となるが、その経路が高周波信号の波長に対して短ければ、発生する電位差は小さくなる。受光素子キャリア１０１内部のＧＮＤパターン７ｄが素子実装面４ａにおけるＧＮＤパターン７ｃと接続された経路をとれることで、電位差が生じる問題を解決できる。
【００４７】
以上の構成により、実施の形態２では、光学系を最適な高さに設定しつつ、素子実装面４ａに形成された伝送路６ｃと、受光素子キャリア１０１内部に２次元的に形成された伝送路６ｂとを用いて信号を伝送することで、高周波特性が悪化しうる箇所を伝送路６ｃと伝送路６ｂとの接続点のみとし、また、素子実装面４ａに形成されたＧＮＤパターン７ｃと受光素子キャリア１０１内部に形成されたＧＮＤパターン７ｄとを接続した経路を形成することで、高周波特性が良好で、設計許容度の高い受光素子キャリアおよびそれを用いた受光モジュールを提供することができる。
【００４８】
実施の形態１に示す受光素子キャリア１００が、実施の形態２における特徴を同時に備えても良い。これにより、光学系に対する素子の位置と角度を自由に設定できる。光学系に合わせて、最適に設定することで、光学系の製造が容易で、コンパクトな受光モジュールを構成することができる。
【００４９】
なお、多層基板の製造時に、積層前の誘電体シートの形状を台形にする、あるいは表面導体プリント前に削ることで、素子実装面４ａを傾斜させても良い。これにより、受光素子１の設置角度を光学系に対して最適に保持することができる。
【００５０】
＜Ｂ−２．効果＞
本発明にかかる実施の形態２によれば、受光素子キャリアにおいて、シート状の誘電体を積層し、ブロック状に形成した多層基板と、多層基板の側面である素子実装面４ａ上に備えられた受光素子１と、素子実装面４ａ上に形成され、多層基板の層と交差する方向に延在する部分を有し、受光素子１と接続された第１伝送路である伝送路６ｃと、素子実装面４ａ上の伝送路６ｃを除く領域に形成された、第１ＧＮＤパターンであるＧＮＤパターン７ｃと、多層基板の層間である境界面に形成され、素子実装面４ａにおいて伝送路６ｃと接続された、第２伝送路である伝送路６ｂと、伝送路６ｃの設置高さにある境界面に形成され、素子実装面４ａにおいて、伝送路６ｃを跨いでＧＮＤパターン７ｃと接続された、第２ＧＮＤパターンであるＧＮＤパターン７ｄとを備えることで、ＧＮＤ間に電位差を抑制し、高周波数でも反射や共振を起こさず、かつ高い設計許容度を実現することができる。
【００５１】
また、スルーホールやワイヤボンドが無く、インピーダンスを所定の値に設定可能である。
【００５２】
＜Ｃ．実施の形態３＞
＜Ｃ−１．構成＞
図１２は、実施の形態３の受光素子キャリアの、受光素子キャリア１０２の表面および内部に設けられた導体パターンの斜視透視図である。図１２、図１３に示すように、一定間隔でそれぞれのＧＮＤパターン７ｆが、素子実装面４ａにおけるＧＮＤパターン７ｅと接続される。なおＧＮＤパターン７ｆは、伝送路６ｂが形成された境界面の上下の境界面にも形成される。
【００５３】
素子実装面４ａから見た場合、図１３に示すように、一定間隔おきにＧＮＤパターン７ｆが素子実装面４ａに露出し、ＧＮＤパターン７ｅとの接続面（図１３における黒領域）が形成される。各ＧＮＤパターン７ｆの素子実装面４ａへの露出部を、例えば０．５ｍｍほどの間隔をあけて点在させることで、露出部をグリッド状に配列させることができる。第１スルーホールとしてのスルーホール８は各露出部の直下、すなわち伝送路６ｄに隣接して配置される（図１２参照）。なお図示はしないが、スルーホールは、各露出部の直下以外の位置にも配置することで、他の境界面におけるＧＮＤパターンも、伝送路６ｂのＧＮＤとして機能させ、よりＧＮＤ効果を向上させることも可能である。
【００５４】
実装する素子の位置に合わせて、素子実装面４ａ上におけるＧＮＤパターン７ｆの露出部でない部分を使い、素子の出力端子（図１３ではアンプＩＣ３）近傍から、伝送路６ｂの露出部まで、伝送路６ｄを形成することができる。よって伝送路６ｄは、多層基板の層と平行に延在する部分と、多層基板の層と交差する方向に延在する部分とを有することができる。
【００５５】
このような構成によれば、各ＧＮＤパターン７ｆの形状、導体パターンは同一であるので、金型コストが小さく、安価にできる。また、素子設置位置の変更も、光軸に対して垂直な面内での変更については伝送路６ｄの変更のみで可能であり、素子の選定などの試作用途に低コストで亜種を作製可能である。
【００５６】
＜Ｃ−２．効果＞
本発明にかかる実施の形態３によれば、受光素子キャリアにおいて、第１伝送路である伝送路６ｄは、多層基板の層と平行に延在する部分をさらに有し、第２ＧＮＤパターンであるＧＮＤパターン７ｆは複数備えられ、第２伝送路である伝送路６ｂが形成された境界面の上下の境界面に形成され、伝送路６ｄに隣接して配置され、各ＧＮＤパターン７ｆを互いに接続する第１スルーホールであるスルーホール８をさらに備えることで、ＧＮＤ間に電位差を抑制し、高周波数でも反射や共振を起こさず、かつ高い設計許容度を実現することができる。
【００５７】
また、素子実装面４ａの導体パターンのみの変更で、素子実装位置の変更が可能となり、試作用途などで金型コストを低減できる。さらに、各層の形状が同じであるため、金型コストを低減できる。
【００５８】
また、本発明にかかる実施の形態３によれば、受光素子キャリアにおいて、第１伝送路である伝送路６ｄに隣接する位置だけではなく、各ＧＮＤパターン７ｆを互いに接続するスルーホールをさらに備えることで、他の境界面におけるＧＮＤパターンも伝送路６ｂのＧＮＤとして機能させ、よりＧＮＤ効果を向上させることができる。
【００５９】
＜Ｄ．実施の形態４＞
＜Ｄ−１．構成＞
シート状の誘電体を積層した受光素子キャリアにおいて、底面を削る、あるいは楔形の保持部を設けることで、設置時に、各層の境界面を底面に対し傾斜させた受光素子キャリア１０３を図１４に示す。なお、図１４においては、受光素子１の図示を省略しているが、実施の形態１と同様に、アンプＩＣ３に接続されて備えられている。
【００６０】
まず、パッケージ出力端子位置から最も近い境界面まで側面４ｂにおける伝送路（図示せず）を設け、境界面内に延在する第１斜面伝送路としての伝送路６ｅへ接続する。境界面内では、２次元的に延在する伝送路６ｅを介して、パッケージ出力端子高さと同じ高さとなる側面４ｂに伝送路６ｅが露出される。これにより、側面配線を短くし、波特性の改善を図ることができる。
【００６１】
また、複数の高周波伝送路を配置するとき、２面以上の境界面に別々に伝送路６ｅ（第２斜面伝送路）を形成することで、配線長の調整、曲げ、インピーダンス調整のためのスタブなどの分布定数回路など、高周波伝送特性を改善することができる伝送路を形成すべき面積が、単一層中に多数の線路を配置しなければならない場合に比べ、広くとることができる。
【００６２】
＜Ｄ−２．効果＞
本発明にかかる実施の形態４によれば、受光素子キャリアにおいて、シート状の誘電体を底面に対し傾斜して積層し、ブロック状に形成するとともに、底面に対し積層方向を傾斜させて設置された多層基板と、多層基板の側面である素子実装面４ａ上に備えられた受光素子１と、多層基板の層間である境界面に形成され、素子実装面４ａにおいて受光素子１と接続され、素子実装面４ａと反対側の側面４ｂにおいて出力端子に接続された第１斜面伝送路である伝送路６ｅとを備えることで、異なる高さにある光学素子と出力端子を接続する場合でも、側面上の伝送路を短くし、高周波特性を向上させることができる。さらに、設置向きについても光学系に最適化できる。
【００６３】
また、本発明にかかる実施の形態４によれば、受光素子キャリアにおいて、第１斜面伝送路である伝送路６ｅとは異なる境界面に形成され、素子実装面４ａにおいて受光素子１と接続され、素子実装面４ａと反対側の側面４ｂにおいて出力端子に接続された第２斜面伝送路である伝送路６ｅをさらに備えることで、配線長の調整や、曲げ管理、スタブなどの分布定数回路設置等の高周波特性改善ためのパターンを配置する面積を広くとることができ、より高周波特性を改善できる。
【符号の説明】
【００６４】
１ 受光素子、２ａ，２ｂ 金ワイヤ、３ アンプＩＣ、４ａ 素子実装面、４ｂ 側面、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ 伝送路、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ ＧＮＤパターン、８ スルーホール、１００，１０１，１０２，１０３ 受光素子キャリア、１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ 層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は受光素子キャリアおよびそれを用いた受光モジュールに関し、特に、光通信システムにおいて、受光素子、アンプ等を実装、保持する受光素子キャリアと、受光素子キャリアを備える受光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光強度信号を電気信号に変換する受光モジュールは、受光素子キャリアを備えている。この受光素子キャリアにより、受光素子、電気増幅素子（アンプ）などの素子が適切な位置および向きに保持される。これら素子は、受光素子キャリア上に形成された高周波伝送路に接続され、光学系と共にパッケージに収納されている。
【０００３】
受光モジュールでは、入射された信号光が、光学系を介し受光素子上の受光部に集光される。受光素子において光強度信号は微弱な電気信号に変換され、さらにアンプにおいて電気的に増幅された後、高周波伝送路を通りパッケージの出力端子より出力される。
【０００４】
しかし、光学系、受光素子、アンプ、パッケージなどの形状からの制約があり、受光素子、アンプを、高周波信号の伝送が容易な伝送路方向に対し２次元的に配置することができず、３次元的に配置する必要が生じることがある。
【０００５】
特許文献１における、従来の受光モジュールの構成を図１７に示す。多層基板の側面に受光素子とアンプとを実装し、アンプの設置高さの境界面から延在する伝送路から、スルーホールを介してパッケージ出力の設置高さの境界面の伝送路に接続することで、アンプから出力端子まで、信号を伝送する構成となっている。
【０００６】
また、特許文献２では、受光素子キャリア表面上に形成されたコプレーナ線路により受光素子キャリア後方まで伝送する形態（図１８）と、受光素子キャリア表面から受光素子キャリアを貫通するスルーホールにより裏面まで伝送する形態とが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４００１７４４号
【特許文献２】特開２００２−２９９６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これまでの３次元的に配置された素子を接続する高周波伝送路を有する受光素子キャリアでは、反射特性の悪化や共振の原因となる、長いワイヤボンド、スルーホール、フレキシブル基板などが多用されているため、信号の周波数が高くなるとその伝送が困難であった。一方で、光通信の高速化に伴い、より高い帯域の信号へ対応が求められている。
【０００９】
特許文献１では、伝送路に含まれるスルーホール付近において、インピーダンスの不整合が発生するため、反射特性が悪化する。また、カップリングした差動線路を用いているため、線路は出力高さに対し上下対称な構造を持ち、素子の実装高さが出力の実装高さと略一致するもの以外には適用が難しい。
【００１０】
特許文献２では、受光素子キャリア側面に設置されたコプレーナ線路が示されているが、線路左右のＧＮＤ（Ｇｒｏｕｎｄ）が近距離で接続されていない場合、左右ＧＮＤ間に電位差が発生する。この電位差が原因となり共振が発生し、信号を伝送できない周波数帯ができる。
【００１１】
図１６は、図１５に示した従来の受光素子キャリアにおける、共振周波数のシミュレーション結果を示す図である。横軸は伝送する信号の周波数、縦軸はＳパラメータである。２０Ｇｂｐｓ〜４０Ｇｂｐｓ程度の高周波信号を伝送するには、４０ＧＨｚ程度まで帯域が必要であるが、図１５に示す受光素子キャリア側面における伝送路の線路長（３５０μｍ、６５０μｍ）を長くするほど共振周波数は低くなり、３５０μｍを超えると４０ＧＨｚ以下で共振する（Ｓ１１、Ｓ２１参照）。従って、３５０μｍを超えて伝送することが困難になる。
【００１２】
多層基板をスルーホールで貫通する場合には、スルーホールを多用するために高周波特性は悪化する。また、素子位置をわずかに並行移動するなどの軽微な設計変更で線路位置を調整する場合、高周波特性を維持するにはスルーホール位置の変更が必要である。このため汎用的な使用には不適であった。
【００１３】
本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、高周波数でも反射や共振を起こさず、かつ設計許容度の高い受光素子キャリアおよびそれを備える受光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の態様にかかる受光素子キャリアは、シート状の誘電体を積層し、ブロック状に形成した多層基板と、前記多層基板の側面上に備えられた受光素子と、前記側面上に形成され、前記多層基板の層と平行に延在する部分を有し、前記受光素子と接続された第１伝送路と、前記側面上の前記第１伝送路を除く領域に形成された、第１ＧＮＤパターンと、前記多層基板の層間である境界面に形成され、前記側面において前記第１伝送路と接続された、第２伝送路と、前記第２伝送路が形成された境界面の上下の境界面に形成され、前記側面において前記第１ＧＮＤパターンと接続された、複数の第２ＧＮＤパターンと、前記第１伝送路に隣接して配置され、各前記第２ＧＮＤパターンを互いに接続する第１スルーホールとを備える。
【００１５】
また、本発明の第２の態様にかかる受光素子キャリアは、シート状の誘電体を積層し、ブロック状に形成した多層基板と、前記多層基板の側面上に備えられた受光素子と、前記側面上に形成され、前記多層基板の層と交差する方向に延在する部分を有し、前記受光素子と接続された第１伝送路と、前記側面上の前記第１伝送路を除く領域に形成された、第１ＧＮＤパターンと、前記多層基板の層間である境界面に形成され、前記側面において前記第１伝送路と接続された、第２伝送路と、前記第１伝送路の設置高さにある前記境界面に形成され、前記側面において、前記第１伝送路を跨いで前記第１ＧＮＤパターンと接続された、第２ＧＮＤパターンとを備える。
【００１６】
また、本発明の第３の態様にかかる受光素子キャリアは、シート状の誘電体を底面に対し傾斜して積層し、ブロック状に形成した多層基板と、前記多層基板の側面上に備えられた受光素子と、前記多層基板の層間である境界面に形成され、前記側面において前記受光素子と接続された、第１斜面伝送路とを備える。
【００１７】
また、本発明にかかる受光モジュールは、上記いずれかの受光素子キャリアを備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第１の態様にかかる受光素子キャリアによれば、シート状の誘電体を積層し、ブロック状に形成した多層基板と、前記多層基板の側面上に備えられた受光素子と、前記側面上に形成され、前記多層基板の層と平行に延在する部分を有し、前記受光素子と接続された第１伝送路と、前記側面上の前記第１伝送路を除く領域に形成された、第１ＧＮＤパターンと、前記多層基板の層間である境界面に形成され、前記側面において前記第１伝送路と接続された、第２伝送路と、前記第２伝送路が形成された境界面の上下の境界面に形成され、前記側面において前記第１ＧＮＤパターンと接続された、複数の第２ＧＮＤパターンと、前記第１伝送路に隣接して配置され、各前記第２ＧＮＤパターンを互いに接続する第１スルーホールとを備えることにより、ＧＮＤ間に電位差を抑制し、高周波数でも反射や共振を起こさず、かつ高い設計許容度を実現することができる。
【００１９】
また、本発明の第２の態様にかかる受光素子キャリアによれば、シート状の誘電体を積層し、ブロック状に形成した多層基板と、前記多層基板の側面上に備えられた受光素子と、前記側面上に形成され、前記多層基板の層と交差する方向に延在する部分を有し、前記受光素子と接続された第１伝送路と、前記側面上の前記第１伝送路を除く領域に形成された、第１ＧＮＤパターンと、前記多層基板の層間である境界面に形成され、前記側面において前記第１伝送路と接続された、第２伝送路と、前記第１伝送路の設置高さにある前記境界面に形成され、前記側面において、前記第１伝送路を跨いで前記第１ＧＮＤパターンと接続された、第２ＧＮＤパターンとを備えることにより、ＧＮＤ間に電位差を抑制し、高周波数でも反射や共振を起こさず、かつ高い設計許容度を実現することができる。
【００２０】
また、本発明の第３の態様にかかる受光素子キャリアによれば、シート状の誘電体を底面に対し傾斜して積層し、ブロック状に形成した多層基板と、前記多層基板の側面上に備えられた受光素子と、前記多層基板の層間である境界面に形成され、前記側面において前記受光素子と接続された、第１斜面伝送路とを備えることにより、伝送路を短縮し、高周波数でも反射や共振を起こさず、かつ高い設計許容度を実現することができる。
【００２１】
また、本発明にかかる受光モジュールによれば、上記いずれかの受光素子キャリアを備えることにより、高周波数でも反射や共振を起こさず、かつ高い設計許容度を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態１の受光素子キャリアの斜視図である。
【図２】実施の形態１の受光素子キャリアの正面図である。
【図３】実施の形態１の導体パターンの構成を示す斜視透視図である。
【図４】実施の形態１の導体パターンの構成を示す上面透視図である。
【図５】実施の形態１のＧＮＤの接続経路を示す概観図である。
【図６】実施の形態１のＧＮＤの接続経路を示す概観図である。
【図７】実施の形態１の電磁界シミュレーションの結果を示す図である。
【図８】実施の形態２の導体パターンの構成を示す斜視透視図である。
【図９】実施の形態２の導体パターンの構成を示す上面透視図である。
【図１０】実施の形態２のＧＮＤの接続経路を示す概観図である。
【図１１】実施の形態２のＧＮＤの接続経路を示す概観図である。
【図１２】実施の形態３の導体パターンの構成を示す斜視透視図である。
【図１３】実施の形態３の側面導体パターンを示す正面図である。
【図１４】実施の形態４の構成を示す斜視透視図である。
【図１５】従来の受光素子キャリアの斜視図である。
【図１６】従来の受光素子キャリアの伝送路での高周波特性を示す図である。
【図１７】従来の受光素子キャリアの斜視図である。
【図１８】従来の受光素子キャリアの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜Ａ．実施の形態１＞
＜Ａ−１．構成＞
図１〜７は、実施の形態１による受光素子キャリアの構成、特徴を示す図である。図１は、本発明の受光素子キャリア１００の斜視図である。図２は、受光素子キャリア１００を光学系側から見た正面図である。図３は、受光素子キャリア１００の表面および内部に設けられた導体パターンの構成を示す斜視透視図である。図４は、導体パターンの構成を示す上面透視図である。図５は、図３のｉに示す平面での受光素子キャリア１００の断面図で、実施の形態１でのＧＮＤの最短接続経路を示す概観図である。図６は、受光素子キャリア１００の側面である素子実装面４ａの拡大図で、実施の形態１でのＧＮＤの最短接続経路を示す概観図である。図７は、本実施の形態１の電磁界シミュレーションの結果である。
【００２４】
図１は受光素子キャリア１００の構成を示しており、受光素子キャリア１００の側面を素子実装面４ａとする。素子実装面４ａには、受光素子１と、受光素子１と接続されるアンプＩＣ３と、さらにアンプＩＣ３と接続される第１伝送路としての伝送路６ａが配置される。また、素子実装面４ａには、伝送路６ａを囲むように第１ＧＮＤパターンとしてのＧＮＤパターン７ａが形成されている。なお図１において、伝送路を示す領域には格子模様を、ＧＮＤパターンを示す領域には斜線をそれぞれ記載している。以下の図面においても同様である。
【００２５】
図示していないが、受光素子キャリア１００の図１中右側には信号光を集光する光学系、一方図面中左側の側面４ｂにはパッケージ出力端子が配置されパッケージに収められている。信号光は図右方向より素子実装面４ａ上へ入射される。
【００２６】
図２は素子実装面４ａの正面図であり、素子実装面４ａ上には、受光素子１、アンプＩＣ３、伝送路６ａが形成されている。なお図示していないが、この他にコンデンサなどが実装される。受光素子１の設置位置は、信号光の集光位置と素子の受光部とが一致するよう設定される。また、アンプＩＣ３の設置位置は、内部回路と受光素子１の寄生容量とに対し、受光素子１とアンプＩＣ３とを接続する金ワイヤ２ａのインダクタンス、リアクタンスが適切となるよう配置される。２０ＧＨｚ以上の帯域を用いる場合、おおよそ受光素子１からサブミリメートル程度の位置にアンプＩＣ３が配置される。
【００２７】
光学系により集光された信号光は、受光素子１で電気信号に変換され、金ワイヤ２ａで接続されたアンプＩＣ３へ送られる。アンプＩＣ３で増幅された出力は、金ワイヤ２ｂで接続された伝送路６ａへ送られる。伝送路６ａは、受光素子キャリア１００内に形成された伝送路に接続されている。信号は伝送路を介して、受光素子キャリア１００後方の側面４ｂから、パッケージ出力端子へ出力される。
【００２８】
ここで、受光素子キャリア１００は、シート状の誘電体を積み重ね、ブロック状に焼結したもので、層状の構造を持つ多層基板である。各誘電体層の層厚は、シート厚の調整により数十μｍピッチで任意に決定できる。また各層の境界面には、積層時に導体をプリントすることにより、伝送路およびＧＮＤパターンを設けることができる。各層間の導体は、シートにスルーホールを空けることで接続される。さらに、焼結後、例えばＧＮＤパターン７ａのように、受光素子キャリア１００の表面に導体パターンをプリントすることもできる。
【００２９】
図３に示すように、本実施の形態１の受光素子キャリア１００は、底面側から層１００Ａ〜層１００Ｄの４層からなる多層基板である。層１００Ａ−層１００Ｂおよび層１００Ｃ−層１００Ｄの境界面に第２ＧＮＤパターンとしてのＧＮＤパターン７ｂを、層１００Ｂ−層１００Ｃの境界面に第２伝送路としての伝送路６ｂを形成し、ストリップ線路を構成する。層厚は、層１００Ｂ−層１００Ｃの境界面高さと、パッケージ出力端子高さとを一致させるとともに、ストリップ線路のインピーダンスが整合するよう適切に設定されている。
【００３０】
受光素子キャリア１００の素子実装面４ａ上に、アンプＩＣ３の出力位置付近から、伝送路６ｂの素子実装面４ａへの露出部まで、多層基板の層と平行に延在する部分を有した伝送路６ａを設け、またその周囲には、ＧＮＤパターン７ａが、インピーダンスが整合するよう設けられ、コプレーナ線路が構成されている。
【００３１】
アンプＩＣ３（図２参照）の出力は、可能な限り短い金ワイヤ２ｂ（図２参照）でコプレーナ線路である伝送路６ａに接続される。さらに伝送路６ａは、受光素子キャリア１００内部に形成されたストリップ線路である伝送路６ｂに接続される。
【００３２】
伝送路６ａの周囲でＧＮＤパターン７ａとＧＮＤパターン７ｂとを接続するとともに、伝送路６ａ直下に設けられた、すなわち、伝送路６ａに隣接して配置されたスルーホール８（図４参照）により、境界面の上下のＧＮＤパターン７ｂを接続する。
【００３３】
これにより、図５、図６に示すように、伝送路６ａを囲むように設けられたＧＮＤパターン７ａの長方形の抜けパターン（伝送路６ａが形成される部分）の両側に位置する点ａと点ｂとを接続する最短経路は、伝送路６ａを回りこむ経路（一点鎖線）ではなく、受光素子キャリア１００内部のＧＮＤパターン７ｂ、スルーホール８を介して接続される経路（点線）に短縮される。このとき、経路を可能な限り短縮するために、伝送路６ｂを挟む上下のＧＮＤパターン７ｂは、伝送路６ｂに隣接している方がよく、すなわち、ＧＮＤパターン７ａとＧＮＤパターン７ｂとの接続点が、伝送路６ａに隣接している方が望ましい。また、スルーホール８も、伝送路６ａに可能な限り隣接する位置に形成されることが望ましい。なお図示はしないが、スルーホールは、隣接する位置以外の位置にも配置することで、他の境界面におけるＧＮＤパターンも、伝送路６ｂのＧＮＤとして機能させ、よりＧＮＤ効果を向上させることも可能である。
【００３４】
ここで、高周波信号伝送時に点ａ、ｂ間に発生する電位差は、電位の変動の伝播時間が原因となるが、その経路が高周波信号の波長に対して短ければ、発生する電位差は小さくなる。受光素子キャリア１００内部のＧＮＤパターン７ｂが素子実装面４ａにおけるＧＮＤパターン７ａと接続され、スルーホール８も含めた経路をとれる場合のシミュレーションでは、図７に示すように、共振周波数が４０ＧＨｚ以上となった。
【００３５】
以上の構成により、実施の形態１では、素子実装面４ａに形成された伝送路６ａと、受光素子キャリア１００内部に２次元的に形成された伝送路６ｂとを用いて信号を伝送することで、高周波特性が悪化しうる箇所を伝送路６ａと伝送路６ｂとの接続点のみとし、また、素子実装面４ａに形成されたＧＮＤパターン７ａと受光素子キャリア１００内部に形成されたＧＮＤパターン７ｂとを接続し、スルーホール８を介した経路を形成することで、高周波特性が良好で、設計許容度の高い受光素子キャリアおよびそれを用いた受光モジュールを提供することができる。
【００３６】
＜Ａ−２．効果＞
本発明にかかる実施の形態１によれば、受光素子キャリアにおいて、シート状の誘電体を積層し、ブロック状に形成した多層基板と、多層基板の側面である素子実装面４ａ上に備えられた受光素子１と、素子実装面４ａ上に形成され、多層基板の層と平行に延在する部分を有し、受光素子１と接続された第１伝送路である伝送路６ａと、素子実装面４ａ上の伝送路６ａを除く領域に形成された、第１ＧＮＤパターンであるＧＮＤパターン７ａと、多層基板の層間である境界面に形成され、素子実装面４ａにおいて伝送路６ａと接続された、第２伝送路である伝送路６ｂと、伝送路６ｂが形成された境界面の上下の境界面に形成され、素子実装面４ａにおいてＧＮＤパターン７ａと接続された、複数の第２ＧＮＤパターンであるＧＮＤパターン７ｂと、伝送路６ａに隣接して配置され、各ＧＮＤパターン７ｂを互いに接続する第１スルーホールであるスルーホール８とを備えることで、ＧＮＤ間に電位差を抑制し、高周波数でも反射や共振を起こさず、かつ高い設計許容度を実現することができる。
【００３７】
また、高周波特性悪化の小さい平面内の２次元的曲げのみ伝送路６ｂを形成しているので、反射や共振を抑制することができる。
【００３８】
また、本発明にかかる実施の形態１によれば、受光素子キャリアにおいて、第１伝送路である伝送路６ａに隣接する位置だけではなく、各ＧＮＤパターン７ｂを互いに接続する第２スルーホールであるスルーホールをさらに備えることで、他の境界面におけるＧＮＤパターン７ｂも伝送路６ｂのＧＮＤとして機能させ、よりＧＮＤ効果を向上させることができる。
【００３９】
また、本発明にかかる実施の形態１によれば、受光モジュールにおいて、上記の受光素子キャリアを備えることで、高周波数でも反射や共振を起こさず、かつ高い設計許容度を実現することができる。
【００４０】
また、本発明にかかる実施の形態１によれば、受光モジュールにおいて、素子実装面４ａは、入射光学系に対して固定され、第２伝送路である伝送路６ｂは、素子実装面４ａと反対側の側面４ｂにおいて出力端子に接続されることで、高周波数でも反射や共振を起こさず、信号を伝送することができる。
【００４１】
＜Ｂ．実施の形態２＞
＜Ｂ−１．構成＞
図８〜１１は、実施の形態２の受光素子キャリア１０１の構成、特徴を示す図である。図８は受光素子キャリア１０１の表面および内部に設けられた導体パターンの構成を示す斜視透視図である。また、図９は、導体パターンの構成を示す上面透視図である。図１０は、図８のｊに示す平面での受光素子キャリア１０１の断面図で、実施の形態２でのＧＮＤの最短接続経路を示す概観図である。図１１は、受光素子キャリア１０１の側面である素子実装面４ａの拡大図で、実施の形態２でのＧＮＤの最短接続経路を示す概観図である。
【００４２】
実施の形態１と同様に受光素子１が実装されるが、素子配置高さを光学系に最適化すると、アンプＩＣ３の出力端子の高さと、パッケージ出力端子の高さには差が生じる。
【００４３】
図８に示すように、実施の形態２の受光素子キャリア１０１には、底面側から形成された層１００Ａ〜層１００Ｄの４層に加え、層１００Ｄのさらに上層に層１００Ｅ、層１００Ｆが形成される。層１００Ａ−層１００Ｂの境界面、層１００Ｃ−層１００Ｄの境界面、層１００Ｄ−層１００Ｅの境界面および層１００Ｅ−層１００Ｆの境界面に第２ＧＮＤパターンとしてのＧＮＤパターン７ｄを形成し、層１００Ｂ−層１００Ｃの境界面に第２伝送路としての伝送路６ｂを形成する。層１００Ａ−層１００Ｂの境界面、層１００Ｂ−層１００Ｃの境界面、層１００Ｃ−層１００Ｄの境界面上の導体パターンでストリップ線路を構成する。なお図示はしていないが、実施の形態１において示した受光素子１は同様に備えられているものとする。
【００４４】
層厚は、層１００Ｂ−層１００Ｃの境界面の高さと、パッケージ出力端子高さとを一致させるとともに、ストリップ線路のインピーダンスが整合するよう適切に設定されている。また、層１００Ｄ−層１００Ｅの境界面および層１００Ｅ−層１００Ｆの境界面が、素子実装面４ａにおける第１伝送路としての伝送路６ｃの設置位置高さとなるよう層厚を調整する。なお伝送路６ｃは、多層基板の層と交差する方向に延在する部分を有する。
【００４５】
ここで受光素子キャリア１０１内部のＧＮＤパターン７ｄは、図８、図９に示すように、伝送路６ｃとの短絡を避けるためのクリアランスをもち、それ以外の部分で素子実装面４ａに露出し、伝送路６ｃを除く領域に形成された、第１ＧＮＤパターンとしてのＧＮＤパターン７ｃと接続される。すなわちＧＮＤパターン７ｄ、伝送路６ｃの設置高さにある境界面に形成され、素子実装面４ａにおいて、伝送路６ｃを跨いでＧＮＤパターン７ｃと接続される。これにより、図１０、図１１に示すように、伝送路６ｃを囲むように設けられたＧＮＤパターン７ｃの長方形の抜けパターン（伝送路６ｃが形成される部分）の両側に位置する点ａと点ｂと接続する最短経路は、伝送路６ｃを回りこむ経路（一点鎖線）ではなく、受光素子キャリア１０１内部のＧＮＤパターン７ｄを介して接続される経路（点線）に短縮される。
【００４６】
ここで、高周波信号伝送時に点ａ、ｂ間に発生する電位差は、電位の変動の伝播時間が原因となるが、その経路が高周波信号の波長に対して短ければ、発生する電位差は小さくなる。受光素子キャリア１０１内部のＧＮＤパターン７ｄが素子実装面４ａにおけるＧＮＤパターン７ｃと接続された経路をとれることで、電位差が生じる問題を解決できる。
【００４７】
以上の構成により、実施の形態２では、光学系を最適な高さに設定しつつ、素子実装面４ａに形成された伝送路６ｃと、受光素子キャリア１０１内部に２次元的に形成された伝送路６ｂとを用いて信号を伝送することで、高周波特性が悪化しうる箇所を伝送路６ｃと伝送路６ｂとの接続点のみとし、また、素子実装面４ａに形成されたＧＮＤパターン７ｃと受光素子キャリア１０１内部に形成されたＧＮＤパターン７ｄとを接続した経路を形成することで、高周波特性が良好で、設計許容度の高い受光素子キャリアおよびそれを用いた受光モジュールを提供することができる。
【００４８】
実施の形態１に示す受光素子キャリア１００が、実施の形態２における特徴を同時に備えても良い。これにより、光学系に対する素子の位置と角度を自由に設定できる。光学系に合わせて、最適に設定することで、光学系の製造が容易で、コンパクトな受光モジュールを構成することができる。
【００４９】
なお、多層基板の製造時に、積層前の誘電体シートの形状を台形にする、あるいは表面導体プリント前に削ることで、素子実装面４ａを傾斜させても良い。これにより、受光素子１の設置角度を光学系に対して最適に保持することができる。
【００５０】
＜Ｂ−２．効果＞
本発明にかかる実施の形態２によれば、受光素子キャリアにおいて、シート状の誘電体を積層し、ブロック状に形成した多層基板と、多層基板の側面である素子実装面４ａ上に備えられた受光素子１と、素子実装面４ａ上に形成され、多層基板の層と交差する方向に延在する部分を有し、受光素子１と接続された第１伝送路である伝送路６ｃと、素子実装面４ａ上の伝送路６ｃを除く領域に形成された、第１ＧＮＤパターンであるＧＮＤパターン７ｃと、多層基板の層間である境界面に形成され、素子実装面４ａにおいて伝送路６ｃと接続された、第２伝送路である伝送路６ｂと、伝送路６ｃの設置高さにある境界面に形成され、素子実装面４ａにおいて、伝送路６ｃを跨いでＧＮＤパターン７ｃと接続された、第２ＧＮＤパターンであるＧＮＤパターン７ｄとを備えることで、ＧＮＤ間に電位差を抑制し、高周波数でも反射や共振を起こさず、かつ高い設計許容度を実現することができる。
【００５１】
また、スルーホールやワイヤボンドが無く、インピーダンスを所定の値に設定可能である。
【００５２】
＜Ｃ．実施の形態３＞
＜Ｃ−１．構成＞
図１２は、実施の形態３の受光素子キャリアの、受光素子キャリア１０２の表面および内部に設けられた導体パターンの斜視透視図である。図１２、図１３に示すように、一定間隔でそれぞれのＧＮＤパターン７ｆが、素子実装面４ａにおけるＧＮＤパターン７ｅと接続される。なおＧＮＤパターン７ｆは、伝送路６ｂが形成された境界面の上下の境界面にも形成される。
【００５３】
素子実装面４ａから見た場合、図１３に示すように、一定間隔おきにＧＮＤパターン７ｆが素子実装面４ａに露出し、ＧＮＤパターン７ｅとの接続面（図１３における黒領域）が形成される。各ＧＮＤパターン７ｆの素子実装面４ａへの露出部を、例えば０．５ｍｍほどの間隔をあけて点在させることで、露出部をグリッド状に配列させることができる。第１スルーホールとしてのスルーホール８は各露出部の直下、すなわち伝送路６ｄに隣接して配置される（図１２参照）。なお図示はしないが、スルーホールは、各露出部の直下以外の位置にも配置することで、他の境界面におけるＧＮＤパターンも、伝送路６ｂのＧＮＤとして機能させ、よりＧＮＤ効果を向上させることも可能である。
【００５４】
実装する素子の位置に合わせて、素子実装面４ａ上におけるＧＮＤパターン７ｆの露出部でない部分を使い、素子の出力端子（図１３ではアンプＩＣ３）近傍から、伝送路６ｂの露出部まで、伝送路６ｄを形成することができる。よって伝送路６ｄは、多層基板の層と平行に延在する部分と、多層基板の層と交差する方向に延在する部分とを有することができる。
【００５５】
このような構成によれば、各ＧＮＤパターン７ｆの形状、導体パターンは同一であるので、金型コストが小さく、安価にできる。また、素子設置位置の変更も、光軸に対して垂直な面内での変更については伝送路６ｄの変更のみで可能であり、素子の選定などの試作用途に低コストで亜種を作製可能である。
【００５６】
＜Ｃ−２．効果＞
本発明にかかる実施の形態３によれば、受光素子キャリアにおいて、第１伝送路である伝送路６ｄは、多層基板の層と平行に延在する部分をさらに有し、第２ＧＮＤパターンであるＧＮＤパターン７ｆは複数備えられ、第２伝送路である伝送路６ｂが形成された境界面の上下の境界面に形成され、伝送路６ｄに隣接して配置され、各ＧＮＤパターン７ｆを互いに接続する第１スルーホールであるスルーホール８をさらに備えることで、ＧＮＤ間に電位差を抑制し、高周波数でも反射や共振を起こさず、かつ高い設計許容度を実現することができる。
【００５７】
また、素子実装面４ａの導体パターンのみの変更で、素子実装位置の変更が可能となり、試作用途などで金型コストを低減できる。さらに、各層の形状が同じであるため、金型コストを低減できる。
【００５８】
また、本発明にかかる実施の形態３によれば、受光素子キャリアにおいて、第１伝送路である伝送路６ｄに隣接する位置だけではなく、各ＧＮＤパターン７ｆを互いに接続するスルーホールをさらに備えることで、他の境界面におけるＧＮＤパターンも伝送路６ｂのＧＮＤとして機能させ、よりＧＮＤ効果を向上させることができる。
【００５９】
＜Ｄ．実施の形態４＞
＜Ｄ−１．構成＞
シート状の誘電体を積層した受光素子キャリアにおいて、底面を削る、あるいは楔形の保持部を設けることで、設置時に、各層の境界面を底面に対し傾斜させた受光素子キャリア１０３を図１４に示す。なお、図１４においては、受光素子１の図示を省略しているが、実施の形態１と同様に、アンプＩＣ３に接続されて備えられている。
【００６０】
まず、パッケージ出力端子位置から最も近い境界面まで側面４ｂにおける伝送路（図示せず）を設け、境界面内に延在する第１斜面伝送路としての伝送路６ｅへ接続する。境界面内では、２次元的に延在する伝送路６ｅを介して、パッケージ出力端子高さと同じ高さとなる側面４ｂに伝送路６ｅが露出される。これにより、側面配線を短くし、波特性の改善を図ることができる。
【００６１】
また、複数の高周波伝送路を配置するとき、２面以上の境界面に別々に伝送路６ｅ（第２斜面伝送路）を形成することで、配線長の調整、曲げ、インピーダンス調整のためのスタブなどの分布定数回路など、高周波伝送特性を改善することができる伝送路を形成すべき面積が、単一層中に多数の線路を配置しなければならない場合に比べ、広くとることができる。
【００６２】
＜Ｄ−２．効果＞
本発明にかかる実施の形態４によれば、受光素子キャリアにおいて、シート状の誘電体を底面に対し傾斜して積層し、ブロック状に形成するとともに、底面に対し積層方向を傾斜させて設置された多層基板と、多層基板の側面である素子実装面４ａ上に備えられた受光素子１と、多層基板の層間である境界面に形成され、素子実装面４ａにおいて受光素子１と接続され、素子実装面４ａと反対側の側面４ｂにおいて出力端子に接続された第１斜面伝送路である伝送路６ｅとを備えることで、異なる高さにある光学素子と出力端子を接続する場合でも、側面上の伝送路を短くし、高周波特性を向上させることができる。さらに、設置向きについても光学系に最適化できる。
【００６３】
また、本発明にかかる実施の形態４によれば、受光素子キャリアにおいて、第１斜面伝送路である伝送路６ｅとは異なる境界面に形成され、素子実装面４ａにおいて受光素子１と接続され、素子実装面４ａと反対側の側面４ｂにおいて出力端子に接続された第２斜面伝送路である伝送路６ｅをさらに備えることで、配線長の調整や、曲げ管理、スタブなどの分布定数回路設置等の高周波特性改善ためのパターンを配置する面積を広くとることができ、より高周波特性を改善できる。
【符号の説明】
【００６４】
１ 受光素子、２ａ，２ｂ 金ワイヤ、３ アンプＩＣ、４ａ 素子実装面、４ｂ 側面、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ 伝送路、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ ＧＮＤパターン、８ スルーホール、１００，１０１，１０２，１０３ 受光素子キャリア、１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ 層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の誘電体を積層し、ブロック状に形成した多層基板と、
前記多層基板の側面上に備えられた受光素子と、
前記側面上に形成され、前記多層基板の層と平行に延在する部分を有し、前記受光素子と接続された第１伝送路と、
前記側面上の前記第１伝送路を除く領域に形成された、第１ＧＮＤパターンと、
前記多層基板の層間である境界面に形成され、前記側面において前記第１伝送路と接続された、第２伝送路と、
前記第２伝送路が形成された境界面の上下の境界面に形成され、前記側面において前記第１ＧＮＤパターンと接続された、複数の第２ＧＮＤパターンと、
前記第１伝送路に隣接して配置され、各前記第２ＧＮＤパターンを互いに接続する第１スルーホールとを備える、
受光素子キャリア。
【請求項２】
前記第１伝送路に隣接する位置だけではなく、各前記第２ＧＮＤパターンを互いに接続する第２スルーホールをさらに備える、
請求項１に記載の受光素子キャリア。
【請求項３】
シート状の誘電体を積層し、ブロック状に形成した多層基板と、
前記多層基板の側面上に備えられた受光素子と、
前記側面上に形成され、前記多層基板の層と交差する方向に延在する部分を有し、前記受光素子と接続された第１伝送路と、
前記側面上の前記第１伝送路を除く領域に形成された、第１ＧＮＤパターンと、
前記多層基板の層間である境界面に形成され、前記側面において前記第１伝送路と接続された、第２伝送路と、
前記第１伝送路の設置高さにある前記境界面に形成され、前記側面において、前記第１伝送路を跨いで前記第１ＧＮＤパターンと接続された、第２ＧＮＤパターンとを備える、
受光素子キャリア。
【請求項４】
前記第１伝送路は、前記多層基板の層と平行に延在する部分をさらに有し、
前記第２ＧＮＤパターンは複数備えられ、前記第２伝送路が形成された境界面の上下の境界面に形成され、
前記第１伝送路に隣接して配置され、各前記第２ＧＮＤパターンを互いに接続する第１スルーホールをさらに備える、
請求項３に記載の受光素子キャリア。
【請求項５】
前記第１伝送路に隣接する位置だけではなく、各前記第２ＧＮＤパターンを互いに接続する第２スルーホールをさらに備える、
請求項４に記載の受光素子キャリア。
【請求項６】
シート状の誘電体を積層し、ブロック状に形成するとともに、底面に対し積層方向を傾斜させて設置された多層基板と、
前記多層基板の側面上に備えられた受光素子と、
前記多層基板の層間である境界面に形成され、前記側面において前記受光素子と接続され、前記側面と反対側の側面において出力端子に接続された第１斜面伝送路とを備える、
受光素子キャリア。
【請求項７】
前記第１斜面伝送路とは異なる前記境界面に形成され、前記側面において前記受光素子と接続され、前記側面と反対側の側面において出力端子に接続された第２斜面伝送路をさらに備える、
請求項６に記載の受光素子キャリア。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の受光素子キャリアを備える、受光モジュール。
【請求項９】
前記側面は、入射光学系に対して固定され、
前記第２伝送路は、前記側面と反対側の側面において出力端子に接続される、
請求項８に記載の受光モジュール。
【請求項１】
シート状の誘電体を積層し、ブロック状に形成した多層基板と、
前記多層基板の側面上に備えられた受光素子と、
前記側面上に形成され、前記多層基板の層と平行に延在する部分を有し、前記受光素子と接続された第１伝送路と、
前記側面上の前記第１伝送路を除く領域に形成された、第１ＧＮＤパターンと、
前記多層基板の層間である境界面に形成され、前記側面において前記第１伝送路と接続された、第２伝送路と、
前記第２伝送路が形成された境界面の上下の境界面に形成され、前記側面において前記第１ＧＮＤパターンと接続された、複数の第２ＧＮＤパターンと、
前記第１伝送路に隣接して配置され、各前記第２ＧＮＤパターンを互いに接続する第１スルーホールとを備える、
受光素子キャリア。
【請求項２】
前記第１伝送路に隣接する位置だけではなく、各前記第２ＧＮＤパターンを互いに接続する第２スルーホールをさらに備える、
請求項１に記載の受光素子キャリア。
【請求項３】
シート状の誘電体を積層し、ブロック状に形成した多層基板と、
前記多層基板の側面上に備えられた受光素子と、
前記側面上に形成され、前記多層基板の層と交差する方向に延在する部分を有し、前記受光素子と接続された第１伝送路と、
前記側面上の前記第１伝送路を除く領域に形成された、第１ＧＮＤパターンと、
前記多層基板の層間である境界面に形成され、前記側面において前記第１伝送路と接続された、第２伝送路と、
前記第１伝送路の設置高さにある前記境界面に形成され、前記側面において、前記第１伝送路を跨いで前記第１ＧＮＤパターンと接続された、第２ＧＮＤパターンとを備える、
受光素子キャリア。
【請求項４】
前記第１伝送路は、前記多層基板の層と平行に延在する部分をさらに有し、
前記第２ＧＮＤパターンは複数備えられ、前記第２伝送路が形成された境界面の上下の境界面に形成され、
前記第１伝送路に隣接して配置され、各前記第２ＧＮＤパターンを互いに接続する第１スルーホールをさらに備える、
請求項３に記載の受光素子キャリア。
【請求項５】
前記第１伝送路に隣接する位置だけではなく、各前記第２ＧＮＤパターンを互いに接続する第２スルーホールをさらに備える、
請求項４に記載の受光素子キャリア。
【請求項６】
シート状の誘電体を積層し、ブロック状に形成するとともに、底面に対し積層方向を傾斜させて設置された多層基板と、
前記多層基板の側面上に備えられた受光素子と、
前記多層基板の層間である境界面に形成され、前記側面において前記受光素子と接続され、前記側面と反対側の側面において出力端子に接続された第１斜面伝送路とを備える、
受光素子キャリア。
【請求項７】
前記第１斜面伝送路とは異なる前記境界面に形成され、前記側面において前記受光素子と接続され、前記側面と反対側の側面において出力端子に接続された第２斜面伝送路をさらに備える、
請求項６に記載の受光素子キャリア。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の受光素子キャリアを備える、受光モジュール。
【請求項９】
前記側面は、入射光学系に対して固定され、
前記第２伝送路は、前記側面と反対側の側面において出力端子に接続される、
請求項８に記載の受光モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−１８１７９２（Ｐ２０１１−１８１７９２Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４６１２９（Ｐ２０１０−４６１２９）
【出願日】平成２２年３月３日（２０１０．３．３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３日（２０１０．３．３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]