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1. (WO2005069384) MODULE D'EMISSION/RECEPTION OPTIQUE ET DISPOSITIF D'EMISSION/RECEPTION OPTIQUE
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明 細書

光送受信モジュールおよび光送受信装置

技術分野

[0001] 本発明は、発光素子と受光素子が同一モジュール内に配置され双方向の受信を 行うことができる光送受信モジュールおよび光送受信装置に係り、特にモジュール内 部の発光素子と受光素子間の電気的干渉を低減し、かつ、高周波特性にも優れた 光送受信モジュールおよび光送受信装置に関するものである。

背景技術

[0002] 近年、インターネットの高速ィ匕等に伴い、幹線系の通信システムだけでなぐ一般 加入者通信においても FTTH ( ber To The Home)と呼ばれる光ファイバでデータ 通信を行う光通信システムが一般的となりつつある。このような光通信システムでは、 伝送路である光ファイバを効率的に使用するために、 1本のファイバで上り下りが異 なる波長の光信号 (例えば使用する波長として、上り 1. 、下り 1. 5 mなどの 近赤外光)を利用し伝送する方法が採用されて、る。

[0003] ところで、これらのシステムを低コストで実現するため各種の試みがなされているが 、その一つとして送信側の発光素子および受信側の受光素子を 1つのパッケージに 収めることで低コストィ匕を図った送受信モジュールが提案されている。

[0004] し力しながら、発光素子と受光素子を 1つのパッケージに収めた場合、発光素子の 駆動電流信号が受光素子や受信側回路の電気信号に干渉する電気クロストークが 発生し、このクロストーク量が無視できない (大きい)、という問題がある。特に、伝送す る信号がギガビット以上に高速ィ匕した場合は、これによる通信特性の劣化が顕著とな る。

[0005] そこで、このクロストークの低減を目的とした光送受信モジュールとして、例えば特 開 2001— 345475号公報に記載のものが提案されている。これについて、モジユー ルの内部を上面力も見た平面図である図 10を参照しながら説明する。

[0006] この光送受信モジュール 100には、図 10に示すように、金属板 101がパッケージ 1 00Aの内部に設けられているとともに、ノッケージ 100Aの内部と外部を電気的に導 通する第 1の(ァウタ)リード 102A—第 8の(ァウタ)リード 102Hが設けられて、る。 金属板 101には、第 1基板 103及び第 2基板 106が分離'独立して設けられている 。そのうち、第 1基板 103上には発光素子 104が実装されているとともに、第 2基板 10 6上には受光素子 107が実装されて、る。

[0007] 以下、この光送受信モジュール 100の発光素子 104及び受光素子 107について、 構成及び作用を説明する。

発光素子 104は、素子の上面 (アノード端子)から下面 (力ソード端子)に電流を流 すことで発光するように構成されている。即ち、第 1のリード 102Aから、第 1のボンデ イングワイヤ 105A、第 1基板 103上の発光素子 104のアノード端子用電極 104Aを 通じ、発光素子 104の下面に電流が流れるが、発光素子 104上面側の図示外の所 定の端子と接続された第 2のボンディングワイヤ 105B、第 2のリード 102Bを通じ、パ ッケージ 100A外部力も発光素子 104を電流駆動するようになっている。

[0008] 一方、受光素子 107は、素子の下面の力ソード端子とアノード端子に電圧を印加す ることで、光信号を受光の際に力ソード端子からアノード端子の方向に電流が流れ、 受光した光レベルに応じて電流量が変化する。即ち、パッケージ 100外部の図示外 のアンプの入力端子が、第 3のリード 102C、第 3のボンディングワイヤ 105C、第 2基 板 106上の受光素子 107の力ソード端子用電極 107Aを通じ、受光素子 107のカソ ード端子と接続されている。一方、受光素子 107のアノード端子は、第 2基板 106上 の受光素子のアノード端子用電極 107B、第 4のボンディングワイヤ 105D、第 4のリ ード 102Dを通じ、パッケージ 100A外部の図示外の直流電圧源に接続されている。 従って、ノッケージ 100Aの外部から第 3のリード 102C、第 4のリード 102D間に電圧 を印加することで、通信相手からの光信号を受信する際に、その光信号レベルに応 じた受光電流を得ることができる。

[0009] 次に、この光送受信モジュール 100に備える光学系の構成及び作用について説明 する。

図 10において、第 2基板 106内部(図示せず)には、第 1の光ファイバ 108A、第 2 の光ファイバ 108Bの各一端が図示外の波長フィルタ (例えば、干渉膜フィルタ)をは さんで配置されている。また、第 1の光ファイバ 108Aの他端 (図 10では左端)は、図 示しないが、発光素子 104の発光部に配置されているとともに、第 2の光ファイバ 108 Bの他端がパッケージ 100Aの外部光インターフェイス (光コネクタ)となる。

[0010] 従って、発光素子 104から出力する光信号は、光ファイバ 108Aの内部を図 10中 右方向に伝播するとともに波長フィルタを通過した後、光ファイバ 108Bの内部を同 方向に伝播してこの光送受信モジュール 100の外部へ出力される。一方、光ファイバ 108Bを通じて通信相手の外部力も入力する光信号は、波長フィルタで反射し、受光 素子 107の受光部で光信号として受信する。

[0011] 以上説明してきたように、特許文献 1に記載の光送受信モジュール 100は、発光素 子 104及び受光素子 107を搭載する基板を、発光素子 104を搭載する第 1基板 103 と受光素子 107を搭載する第 2基板 106との 2つに分離することで、電気的クロストー クを低減できるように構成して、る。

[0012] ところで、この光送受信モジュールで使用するノッケージに、安価な榭脂パッケー ジを用いることで、さらに低コストィ匕を図ることが検討されて、る。

し力しながら、特にこのパッケージ 100Aに榭脂などを用いた光送受信モジュール 1 00にあっては、ノッケージ自体に導電性がないため、ノッケージ外部のグランドと内 部のグランドとの間に寄生インダクタンス L 1一 L 3 (図 11参照)が発生し易ぐこの寄生 インダクタンス L 1一 L 3によってパッケージ内部のグランド電位が高周波で変動してし まうことが多い。例えば lGbps以上の高周波信号を受信する際、前述したように、発 生する寄生インダクタンス L 1一 L 3によって、以下のような問題を生じている。

[0013] 即ち、この光送受信モジュールにあっては、受光素子 107とパッケージ 100A外部 とを接続するボンディングワイヤ、特に受光素子 107の力ソード端子用電極 107A( 図 10参照)と接続する第 3のボンディングワイヤ 105C側の寄生インダクタンス Lによ つて、高周波特性が劣化する。

そこで、この高周波特性の劣化を抑えて良好な高周波特性を得るためには、受光 素子 107の力ソード端子側の寄生インダクタンス Lを低減する必要がある。このため 、一般的には、受光素子 107近くでグランドに接続したり、グランドに接続されたコン デンサと接続して、高周波特性の劣化防止対策を講じる必要がある。

[0014] ここで、前述のように、受光素子 107の力ソード端子とパッケージ 100A内部のダラ ンドとしての金属板 101との間に、コンデンサ Cを接続した構成のものについて、その 作用を、図 11に示す回路等価モデルを用いて説明する。

同図に示すように、発光素子 107の力ソード、アノード側には、第 3、第 4のボンディ ングワイヤ 105C、 105D等の寄生インダクタンス L 1、 L 2が発生している。このため、高 周波信号を含んだ電流で発光素子 104を駆動した場合、発光素子 107のアノード端 子の電位も高周波信号で変動する。そして、この発光素子 107のアノード端子電位 の高周波信号による変動は、発光素子 107のアノード端子用電極 104A (図 10参照 )から、シリコン基板 103を通じ金属板 101へと伝播される。

[0015] 一方、図 10に示す第 1基板 103は、図 11に示すように、コンデンサと抵抗の等価 回路にモデルィ匕できる。また、金属板 101は、本来は外部グランドと接続されている 力 同図に示すように、第 5のリード 102Eの寄生インダクタンス L 3によって高周波的 に不安定である。このため、発光素子 104のアノード端子電圧の高周波的な電位変 動は、金属板 101を通じ、前述の追カ卩したコンデンサ Cによって、受光素子 107の力 ソード端子へと伝播して、く。

[0016] 以上のような構成から、受光素子 107の力ソード端子の電位変動は、そのまま受光 電流の変動となる。即ち、光受信における高周波特性の改善を目的として、図 11に 示すように、従来 (特許文献 1に記載)の光送受信モジュール 100にお、て受光素子 107の力ソード端子にコンデンサ Cを追加すると、再び電気的なクロストークの増大を ちたらすこととなる。

[0017] 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、発光素子と受光素子との間の電気 クロストークを低減し、かつ、光受信における高周波特性を改善することができる光送 受信モジュール及びこれを備えた光送受信装置を提供することを目的とする。

[0018] 特許文献 1 :特開 2001— 345475号公報(図 5)

発明の開示

[0019] 本発明は、第 1に、内部に送受信室を設けた略箱状のパッケージと、

このノケージの前記送受信室に互いに独立別個に設けられた第 1及び第 2の金 属板と、

この第 1の金属板上に設けられ、発光素子を実装する第 1の基板と、

前記第 2の金属板上に設けられ、受光素子を実装する第 2の基板と、 前記発光素子と受光素子とに光学的に結合された光導波路と、

前記パッケージに設けられ、前記発光素子および前記受光素子の各電極とパッケ ージ外部側との電気的な接続を図る複数のリードとを備えることを特徴としている。 従って、上記構成によれば、発光素子と受光素子を実装する各基板を、それぞれ 別々の金属板に搭載させており、寄生容量を小さくすることができる。従って、発光素 子を高周波信号で電流駆動する際、高周波信号の一部が受光素子の端子の電位 変動をもたらす (具体的には、例えば発光素子のアノード端子力受光素子のカソー ド端子への)電気クロストークを、効果的に抑制することができる。

[0020] また、本発明は、第 2に、前記パッケージが、榭脂で形成してあることを特徴として いる。

従って、上記構成によれば、ノ^ケージの部分は榭脂成形により量産化が容易とな るので、低コストィ匕を図ることができる。

[0021] また、本発明は、第 3に、前記第 2の金属板と前記受光素子の力ソード端子間に、こ れらの間を電気的に接続させるコンデンサを具備することを特徴としている。

従って、上記構成によれば、受光素子の力ソード端子にグランドへ接続するコンデ ンサをパッケージ内部に設けることで、受光素子の力ソードの電位を高周波的に安定 ィ匕させることにより、高周波特性を改善しつつ、発光素子のアノード端子力受光素 子の力ソード端子への電気的なクロストークを抑えることができる。

[0022] また、本発明は、第 4に、前記発光素子を搭載する第 1の基板の比抵抗値が lk Q · cm以上であることを特徴として、る。

従って、上記構成によれば、高周波信号による発光素子からのアノード端子の電位 変動が第 1の金属板へ伝播するときに、その変動量を抑えることができるようになる。

[0023] また、本発明は、第 5に、前記第 1及び第 2の金属板の少なくとも一方が、前記いず れかのリードを通じて前記パッケージ外部のグランドと接続されていることを特徴とし ている。

従って、上記構成によれば、外部グランドと接続された金属板の電位変動を抑える ことができる。

[0024] また、本発明は、第 6に、前記第 2の金属板に、プリアンプを搭載しているとともに、 前記受光素子のアノード端子と前記プリアンプの入力端子の間、および前記ブリア ンプの出力端子と前記リードのいずれ力との間を電気的に接続してあることを特徴と している。

従って、上記構成によれば、プリアンプにより増幅度が高められる。

[0025] また、本発明は、第 7に、前記パッケージに、前記送受信室の床面から前記パッケ ージの底面まで貫通するスルーホールを有し、

前記第 1及び第 2の金属板の少なくとも一方は、この金属板の下面側とスルーホー ルを介して前記パッケージ下面と電気的に導通して、ることを特徴として、る。

従って、上記構成によれば、ノッケージ外部との接続用のリードが不要になるので 、このリードに発生していた寄生インダクタンスに起因する各金属板の電位変動を抑 えることができるようになり、電気クロストークをさらに低減することができる。

[0026] また、本発明は、第 8に、前記第 1及び第 2の金属板が、互いに対向して隣接する 境界部分の形状が、互いに補完するクランク状もしくは曲線状を呈することを特徴とし ている。

従って、上記構成によれば、 2つの金属間の隙間部分はその金属がないので、つ まり榭脂だけの部分となり強度的に脆弱となり易いが、その榭脂だけの部分はストレ ートな (直線的な)形状となるのを避けている。換言すれば、強度の弱い部分がジグザ グ形状などのように形成して、直線的に長く形成されないようにすることで、応力の集 中を分散させ、ノ^ケージもしくはパッケージ内に搭載した部品の折損などが発生す るのを有効に防止できる。

[0027] また、本発明は、第 9に、前記パッケージの前記送受信室の一部が外部に向けて 開口しているとともに、

前記開口部は、金属もしくはセラミックで形成した蓋で閉鎖してあることを特徴として いる。

従って、上記構成によれば、さらに、蓋を有する分だけ、パッケージの強度を増大さ せることができる。

[0028] 本発明は、第 10に、第 1の発明から第 9の発明のいずれかに記載の光送受信モジ ユールを搭載する光送受信装置において、

光送受信モジュールの前記パッケージを搭載する基板は、前記パッケージの下面 が接する上面の前記パッケージを搭載する領域に導電パターン欠損領域を有するこ とを特徴としている。

従って、上記構成によれば、パッケージ下面での導電パターンと第 1、第 2の金属 板との間に容量が発生してコンデンサのような作用により、第 1、第 2の金属板間のパ スの容量を大きくしてしまいクロストークが増大する、といったトラブルが防止できるよう になる。

図面の簡単な説明

[図 1]本発明の第 1の実施形態に係る光送受信モジュールの主に光学的構成を示す 縦断面図

[図 2]本発明の第 1の実施形態に係る光送受信モジュールの主に電気的な構成を示 す横断面図

[図 3]本発明の係る光送受信モジュールの第 1、第 2の金属板間の各種形状を示すも のであり、(A)は第 1の実施形態での形状を示す説明図、(B)— (E)はその変形例を 各種示す説明図

[図 4]本発明の第 1の実施形態に係る光送受信モジュールにおける等価回路などを 示す説明図

[図 5]本発明の第 1の実施形態に係る光送受信モジュールと従来の光送受信モジュ ールとにおけるクロストーク量の変化を示すグラフ

[図 6]本発明の第 2の実施形態に係る光送受信モジュールの主に電気的な構成を示 す横断面図

[図 7]本発明の第 3の実施形態に係る光送受信モジュールの主に電気的な構成を示 す縦断面図

[図 8]本発明の第 4の実施形態に係る光送受信装置の実装基板におけるパターン配 線を示す概略斜視図

[図 9]本発明の第 4の実施形態に係る光送受信装置の原理を説明するために用いる 仮想等価回路図

[図 10]従来の光送受信モジュールの主に電気的な構成を示す横断面図 [図 11]従来の光送受信モジュールにおける等価回路などを示す説明図

符号の説明

[0030] 1は光送受信モジュール、 10はパッケージ、 10Aは送受信室、 10Bは床面、 10C は側壁、 10Dは蓋、 10Eは底部、 10F、 10Gはスルーホール、 11は第1の金属板、 1 1Aは外部接続用金属、 12は第 2の金属板、 12Aは外部接続用金属、 13は第 1の基 板 (シリコン基板)、 14は第 2の基板 (ガラス基板)、 15は発光素子、 15Aはアノード 端子用電極、 16は受光素子、 16Aは力ソード端子用電極、 16Bはアノード端子用電 極、 17は光導波路、 17Aは第 1の光ファイバ、 17Bは第 2の光ファイバ、 171は波長 フィルタ、 18は複数のリード、 18A— 18Hは第 1リード一第 8リード、 181— 187は第 1のボンディングワイヤー第 7のボンディングワイヤ、 19はコンデンサ、

2は光送受信モジュール、 21はプリアンプ (前置増幅器)、 22は第 2のコンデンサ、 231— 236は第 8のボンディングワイヤー第 13のボンディングワイヤ、

3は光送受信モジュール、

4は光送受信装置、 41は実装基板、 41Aは上面、 42はパターン配線、 C 1、 C2、 C 12は容量、 L A、 LB、 LC、 LF、 LG、 LHはインダクタンス、

aはパッケージ実装領域

発明を実施するための最良の形態

[0031] 以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

[第 1の実施形態]

図 1及び図 2は、本発明の第 1の実施例に係る光送受信モジュールの構成を示す ものであり、この光送受信モジュール 1は、ノッケージ 10内部に、分離'独立して別個 に設けられた第 1の金属板 11及び第 2の金属板 12と、これらの金属板にそれぞれ設 けた第 1の基板 13及び第 2の基板 14と、第 1の基板 13に実装した発光素子 15と、第 2の基板 14に実装した受光素子 16と、光導波路 17と、複数のリード 18と、コンデン サ 19とを備えている。

[0032] パッケージ 10には、低コストィ匕を図るために適宜の榭脂材料で形成した榭脂パッケ ージを用いており、有底略箱型状に形成している。

また、このノ¾ /ケージ 10には、強度の向上および内部の光学素子および電気的素 子を保護するために、取り外し可能な蓋 10Dを備えている。この蓋 10Dは、パッケ一 ジ本体と同一榭脂材料で形成してもよ、が、適宜の金属或、はセラミックで形成して ノッケージの強度アップを図るようにしてもよヽ。

[0033] また、このようなパッケージ 10に榭脂製のものを使用する場合には、一般に、ノッケ ージ自体に導電性がないため、図示しない外部のグランドと内部のグランドとの間に 発生する寄生インダクタンス L C、 L H (図 4参照)によって、ノッケージ 10内部のグラン ド電位が高周波で変動してしまうおそれがある。

そこで、本実施形態では、後述するように、コンデンサ 19を追加して設置することに よってこのようなトラブルを回避させて!/、る。

[0034] また、このノ¾ /ケージ 10は、内部に送受信室 10Aが形成されている。この送受信室

10Aは、床面 10Bに内部グランドとしての機能を有する第 1及び第 2の金属板 11、 1

2が固設されているとともに、側壁 10Cには後述の各リード 18が送受信室 10Aの内 外を貫通するような状態で (床面 10Bに略平行な)水平方向に植設されて!/、る。 なお、このパッケージ 10の外部には、前述の図示しないグランド (これを「外側ダラ ンド」とよぶ)が形成されており、第 1及び第 2のいずれの金属板 11、 12ともにリード 1

8を介してそのグランドと接続されて、る。

[0035] 第 1及び第 2の金属板 11、 12は、この第 1及び第 2の金属板 11、 12間に発生する 容量 C 12を小さく抑えるために分離させてあり、いずれも所要の一定強度を発揮でき る厚さを有する金属導体、具体的には Cu合金、 Fe— Ni合金などで構成されており、 互いに対向する外周縁部(これを「対向縁部」とよぶ)がストレートな単純形状となるの を避けた形状に形成されて、る。

また、この第 1及び第 2の金属板 11、 12の対向縁部は、本実施形態の場合、例え ばクランク状に曲折した形状を呈している。このため、ノッケージ 10には、双方の金 属板 11、 12の対向縁部の間(つまり、双方の金属板 11、 12の隙間部分)に対応す る送受信室 10Aの床面 10Bの略中央部には、(2つに破断されるおそれのある)強度 的に脆弱な部分が長く(大きく)形成されるのを回避できるようになつている。

[0036] 即ち、第 1及び第 2の金属板 11、 12の互いに隣接する対向縁部の形状は、図 2及

び図 3 (A)に示すような 2箇所のクランク部分で折曲する 3つの辺で構成されている。 これにより、金属板間のパッケージ 10の床面 (底部) 10Bに強度的に脆弱な部位、つ まり金属板が設置されてヽな、部位 (破断されやす、部位)が直線的 (ストレート)に長 く形成されるのを回避できるようになって、る。

なお、この第 1及び第 2の金属板 11、 12の互いに隣接する対向縁部の形状は、勿 論、本実施形態のものに限定されるものではなぐ例えば図 3 (B)—(E)に示すような 各種の形状が適用可能である。但し、同図 (E)に示すようなアイランド状に孤立した 構成のものは、製造工法上困難であるので、あまり好ましくない。

[0037] 第 1の金属板 11には、上面に第 1の基板 13を搭載しているとともに、第 2の金属板 12は、上面に第 2の基板 14を搭載している。また、第 1の基板 13は、電気クロストー クを抑制するために高抵抗、例えば比抵抗値が少なくとも lk Ω 'cmを有する材料、 例えばシリコンで形成 (シリコン基板)されて、る。

一方、第 2の基板 14には、石英などの一般的なガラス材料で形成したガラス基板が 用いてある。また、この第 2の基板 14には、図 2に示すように、上下層を構成するガラ ス基板の間に、後述する光導波路 17が配設されている。特に、外部力も伝播してくる 光信号が、後述する波長フィルタ 171で反射された後、受光素子 16の受光部 161に 進行するまでの間、この第 2の基板 14内部を伝播するようになっているので、その光 信号をできるだけ効率的に伝播させるため、光減衰性の低、材料で形成するのが好 ましい。なお、この光信号は、厳密には第 2の基板 14を透過後、ー且、空気中を伝播 して力受光部 161に達する。

[0038] また、これら第 1の基板 13及び第 2の基板 14には、適宜の絶縁材料で形成した絶 縁膜を介してから、発光素子 15及び受光素子 16を実装するのが好ましい。そのため 、本実施形態の場合、第 1の基板 13であるシリコン基板には、上面に酸ィ匕シリコンな どの絶縁膜を設けている。但し、第 2の基板 14は、絶縁性の高いガラス基板であるの で、また前述の光信号が上面力出射するので、上面に絶縁膜は設置していない。

[0039] 発光素子 15は、波長依存性の高い波長フィルタ 171(後述する)を用いる都合上、 コヒーレントな光を出射する半導体レーザ (LD)が用いられており、本実施形態では 、波長が 1. 3 mの近赤外光を出射するようになっている。この半導体レーザ (LD)

は、素子の上面 (アノード)から下面 (力ソード)に電流を流すことで近赤外光を発光 するようになつている。本実施形態では、後述する第 1リード 18Aから、第 1のボンディ ングワイヤ 181、第 1の基板 13上の発光素子 15のアノード端子用電極 15Aを通り、 発光素子 15下面に電流が流れるようになつている。また、発光素子 15上面から第 2 のボンディングワイヤ 182、第 2リード 18Bを通り、パッケージ 10外部から発光素子 15 を電流駆動することができるようになって、る。

なお、この発光素子 15には、本実施形態の半導体レーザに限定されるものではな ぐこれ以外に、例えば近距離通信のためには、発光ダイオード (LED)などを用いて ちょい。

[0040] 受光素子 16は、通信相手力送信されてくる光信号を受信して電気信号に変換さ せるものであり、本実施形態では、波長 1. 5 mの伝送光を受信すると、電気信号を 出力する PINフォトダイオード(PIN— PD)を用いており、図示外の結像レンズを介し て受光部 161に結像させるようになって!/、る。

この受光素子 16は、素子の下面に設けた力ソード (端子用電極 16A)が第 6、第 5 のボンディングワイヤ 186, 185及び第 6リード 18Fを介してパッケージ 10外部の図 示しない所定の電子回路に接続されている。同様に、この受光素子 16は、素子の下 面に設けたアノード端子が第 7のボンディングワイヤ 187及び第 7リード 18Gを介して ノッケージ 10外部の図示しな、所定の電子回路に接続されて、る。

[0041] 従って、この受光素子 16は、力ソード端子とアノード端子に電圧をかけることで、通 信相手側からの光信号を受光した時に、力ソード端子力アノード端子方向に向けて 電流が流れ、受光した光レベルに応じて電流量が変化するようになっている。これに より、相手側カゝら送信された光信号を電気的信号に変換させている。

なお、この受光素子 16には、本実施形態のような PINフォトダイオード(PIN— PD) に限定されるものではなぐアバランシェフオトダイオード (APD)などのフォトダイォー ドを用いてもよい。

[0042] 光導波路 17は、発光素子 15及び受光素子 16をそれぞれ光学的に結合させるもの であり、本実施形態では光ファイバが使用されている。この光ファイバには、本実施 形態の場合、比較的遠隔地との通信を行うために石英ガラスなどで形成したシング

ルモード (SM)型のものが使用されており、使用する波長帯として、送信用には 1. 3 m、受信用には 1. 5 mが用いられている。

[0043] また、この光導波路 17として、光ファイバを使用する場合、比較的近距離の場合に は、 PMMA (ポリメチルメタアタリレート)などのプラスチック材料を用いた光ファイバ( POF)を使用してもよぐその場合に使用する光の波長としては、近赤外光よりも伝送 効率の良好な短波長帯域 (可視光域)のもの、例えば波長が 0. 6 μ m— 0. 8 m帯 のものなどが好ましい。

なお、この光ファイバには、特にこのシングルモードに限定されるものではなぐ例 えばステップインデックス(SI)型、グレーテッドインデックス(GI)型などのマルチモー ド光ファイバなどであってもよ、。

[0044] また、この光導波路 17としては、本実施形態のような光ファイバではなぐ例えば 2 次元的に光を閉じ込めるプレーナ一光導波路や、 3次元的路線に光を閉じ込めるチ ヤンネル光導波路などを用いてもょ、。

[0045] さらに、この光導波路 17には、通信相手からの所定波長の光信号を取り出すため に、波長フィルタ 171が第 2の基板 14内部に埋設させた状態で所定の位置に設置さ れている。この波長フィルタ 171は、発光素子 15から通信相手へ伝送させる波長 1. 3 μ mの光信号を透過させるとともに、通信相手側から伝送されてくる波長 1. 5 m の光信号を選択的に受光させるようにするため、波長依存性を有する選択的な反射 手段として誘電体多層膜を用いた多層膜干渉フィルタで構成している。なお、この光 導波路 17には、光導波路に対して適正な所定の角度に傾斜した状態で設置されて いる。

[0046] リード 18は、発光素子 15および受光素子 16の各電極とパッケージ 10外部側との 電気的な接続を図るものであり、第 1リード 18A—第 8リード 18Hで構成されている。 このうち、第 1リード 18Aは、発光素子 15のアノード (端子用電極 15A)とパッケージ 10外部の所定の部位とを接続させるものであり、第 1のボンディングワイヤ 181を介し て接続するようになっている。この第 1のボンディングワイヤ 181は、後述する第 2のボ ンデイングワイヤ 182—第 7のボンディングワイヤ 187と同様に、金線 (又はアルミ線) を用いてワイヤボンディングにより配線させて!/、る。

[0047] 第 2リード 18Bは、第 2のボンディングワイヤ 182を介して、発光素子 15の上面側と ノッケージ 10の外部側とを電気的に接続させるものであり、ノッケージ 10の外部か ら発光素子 15を電流駆動するようになっている。

[0048] 第 3リード 18Cは、第 1の金属板 11と導通しており、この第 1の金属板 11の電位変 動を抑えるため、この第 1の金属板 11とパッケージ 10の外部の図示外のグランドとを 接続させている。

[0049] 第 4リード 18Dおよび第 5リード 18Eは、予備の端子であり、図 2ではボンディングヮ ィャ 183および 184を介し、第 1の金属板 11と図示外のグランドとを接続している。

[0050] 第 6リード 18Fは、第 5のボンディングワイヤ 185、第 6のボンディングワイヤ 186、ガ ラス基板 14上の受光素子 16の力ソード (端子用電極 16A)を通じて、受光素子 16の 図示しない力ソード端子と、パッケージ 10外部の直流電圧源とを電気的に接続させ ている。

[0051] 第 7リード 18Gは、ガラス基板 14上の受光素子 16のアノード端子用電極 16B、第 7 のボンディングワイヤ 187を通じて、受光素子 16の図示しないアノード端子と、パッケ ージ外部のアンプ等とを電気的に接続させている。これにより、ノ¾ /ケージ 10外部か ら第 6リード 18F及び第 7リード 18G間に電圧を印加することで、受光素子 16は、外 部の通信相手力光信号を受信した時に、光信号レベルに応じた受光電流を得るこ とができるようになって!/、る。

[0052] 第 8リード 18Hは、第 2の金属板 12と電気的に導通しており、この第 2の金属板 12 の電位変動を抑えるため、パッケージ 10外部の図示外のグランドと接続されている。

[0053] コンデンサ 19は、受光素子 16の力ソード (端子用電極 16A)側において表裏で所 要の容量を形成するものであり、例えばチップコンデンサなどが用いられている。この コンデンサ 19は、裏面を金属板 12及び第 6リード 18Fを通じてパッケージ 10外部の 図示外のグランドに接続させることで、受光素子 16の力ソード (端子用電極 16A)の 電位を高周波的に安定させるようになっており、表面は受光素子の力ソード (端子用 電極 16A)と第 6のボンディングワイヤ 186で接続されている。

[0054] なお、本実施形態の光送受信モジュール 1の光学系は、従来のものと同じ構成であ り、前述したように、図 1において、第 2の基板 14内部に第 1の光ファイバ 17A及び第 2の光ファイバ 17Bの各一端部が波長フィルタ 171を挟んで配置されている。

このうち、第 1の光ファイバ 17Aの他端は、発光素子 15の発光面と近接させることで 、発光素子 15から発光される光信号を直接第 1のファイバ 17Aに直接入光させるか 、適宜の光学素子、例えば非等方的な発光パターンである LDを発光素子 15とする 本実施形態の場合、図示しな、球レンズやロッドレンズなどを有する LDモジュール などを介して発光素子 15と同軸上に配置させてもよい。一方、第 2の光ファイバ 17B の他端は、ノッケージ 10の外部光インターフェイスとなる。

なお、発光素子 15として略等方的な発光パターンである LEDを使用する場合、こ の発光素子 15と第 1の光ファイバ 17Aとの間に、例えばマイクロレンズを配設し、発 光源の像をコア径の中に絞り込ませて結合効率を高めるようにすればょ、。

[0055] 従って、第 1の光ファイバ 17Aを通じて外部力入力された光信号は、波長フィルタ 171で反射し、受光素子 16の受光部 161で光信号を受信する。一方、発光素子 15 力も出力された光信号は、第 1の光ファイバ 17A内部を伝播し、波長フィルタ 171を 通過して、第 2の光ファイバ 17B内部を伝播して光送受信モジュール 1外部へ出力さ れるようになっている。

[0056] 次に、図 4に本発明の第 1の実施形態に係る光送受信モジュール 1の回路等価モ デルを示す。

図 1に示す発光素子 15のアノード端子、力ソード端子側には、第 1、第 2のボンディ ングワイヤ 181、 182等に寄生インダクタンス L A、 L B (図 4参照)がある。このため、高 周波信号を含んだ電流で発光素子 15を駆動した場合、発光素子 15のアノード端子 の電位も高周波信号で変動する。そして、この発光素子 15のアノード端子電位の高 周波信号による変動は、発光素子 15のアノード端子用電極 15A (図 2参照)から、第 1の基板 13であるシリコン基板を通じて第 1の金属板 11へと伝播される。

[0057] シリコン基板である第 1の基板 13は、図 4に示すように、コンデンサと抵抗によって モデルィ匕できるが、シリコン基板を高抵抗 (比抵抗値が lk Ω 'cm以上)とすることで、 高周波信号による (発光素子 15側の)アノード端子の電位変動が第 1の金属板 11へ 伝播する量は小さくなる。

一方、第 1の金属板 11は、第 3のリード 18Cで外部グランドと接続されており、受光

素子 16側のアノード端子の電位の変動量を抑えることができる。第 1の金属板 11と 第 2の金属板 12間には容量 C 12が発生するが、第 1の金属板 11と第 2の金属板 12の 間隔を 0. 5— lmm程度あけることで、非常に小さな容量 (C 12 )となる。その結果、金 属板が共通な場合と比較し、第 2の金属板 12での電位変動はさらに抑えられる。

[0058] 第 2の金属板 12は、第 8リード 18Hにて外部グランドと接続されているため、発光素 子 15側力もの高周波信号に起因した電位の変動は小さくなり、受光素子 16のカソー ド (端子用電極 16A)と第 2の金属板 12との間にコンデンサ 19を追加しても、受光素 子 16の力ソード端子の変動は微々たるものとなる。

[0059] このように、本実施形態では、第 1の基板 13であるシリコン基板の抵抗値を大きくす るとともに、金属板を第 1、第 2の金属板 11、 12に分離し、第 1、第 2の金属板 11、 12 のそれぞれを外部グランドに接続している。従って、発光素子 15のアノード端子の電 位変動から漏洩する高周波信号による受光素子 16の力ソード端子の電位変動、す なわち電気クロストークを極めて小さくできる。また、受光素子 16の力ソード端子には 、コンデンサ 19を第 2の金属板 12との間に配置しているため、受光素子 16の高周波 特性も良好となる。

[0060] 次に、従来の光送受信モジュールにおいて受光素子の力ソード端子側にコンデン サを追加して接続した場合 (比較例)と、本実施形態に係る光送受信モジュール 1の 場合とについて、発生する電気クロストークをシミュレーションで求めた結果を、図 5に 示す。なお、同図において、横軸が周波数 (GHz)、縦軸が電気クロストーク量 (dB) であり、クロストーク量の数値が小さ!/、(絶対値が大き、;)ほど好ま、。

同図から、従来および本実施形態のどちらのものも、周波数が高くなるにつれて電 気クロストーク量は大きくなることがわ力つた力特に本発明の双方向光モジュールで は、いずれの周波数帯についても電気クロストーク量が大きく改善されている、との知 見が得られた。

[0061] 以上のように、本実施形態に係る光送受信モジュール 1の構成によれば、受光素子 16の力ソード端子にグランドへ接続するコンデンサ 19をパッケージ 10内部に設ける ことで、高周波特性を改善しつつ、発光素子 15のアノード端子力も受光素子 16の力 ソード端子へのクロストークを抑えることができる。

さらに、本実施形態に係る光送受信モジュール 1の構成によれば、分離'独立した 第 1及び第 2の金属板 11、 12の互いに隣接する対向縁部(辺)どうしを略平行で、か つ、凹凸となるクランク状に形成している。従って、ノ¾ケージ 10として比較的脆弱な 榭脂パッケージ等を用いた場合であっても、光送受信モジュール 1の曲げ強度が低 下することが効果的に抑止できる。さらにパッケージ 10の蓋 10D (図 1参照)をセラミツ クもしくは金属とすることで、さらに一層曲げ強度を向上させることができる。

[0062] [第 2の実施形態]

次に、本発明の第 2の実施形態について、図 6を参照しながら説明する。なお、本 実施形態において、第 1の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を 避ける。

図 6は本発明の第 2の実施形態に係る光送受信モジュール 2の構成を示すもので あり、この光送受信モジュール 2は、第 1の実施形態に係る光送受信モジュール 1と 同様の構成において、第 2の金属板 12の上にプリアンプ (前置増幅器) 21及び第 2 のコンデンサ 22を追加して設置して!/、る。

[0063] このプリアンプ 21は、増幅度を高めるためのものであり、このプリアンプ 21の図示し ない (受光素子 16の力ソードとの接続用である)端子と、受光素子 16の力ソード (端 子用電極 16A)と力第 6のボンディングワイヤ 186及び第 8のボンディングワイヤ 23 1を介して電気的に接続されている。また、プリアンプ 21の図示しない(受光素子 16 のアノードとの接続用である)端子と、受光素子 16のアノード端子 (アノード端子用電 極 16B)と力第 9のボンディングワイヤ 232を介して電気的に接続されている。

[0064] また、本実施形態のプリアンプ 21は、受光素子 16が出力する光入力強度に応じた 光電流を増幅し、差動信号に変換する増幅器であって 2出力を有しており、一方は 第 12のボンディングワイヤ 235と第 6リード 18Fから出力され、もう一方は第 13のボン デイングワイヤ 236及び第 7リード 18Gから出力されるように構成されている。なお、プ リアンプ 21への電源供給は、第 8リード 18H、第 10のボンディングワイヤ 233及び第 11のボンディングワイヤ 234を介して行われる。

[0065] 第 2のコンデンサ 22は、受光素子 16へ供給する電源電位の安定化のために設置 されており、受光素子 16の力ソード (端子用電極 16A)に接続する第 6のボンディン グワイヤ 186と第 2の金属板 12との間に設けている。

[0066] 従って、この第 2の実施形態に係る光送受信モジュール 2によれば、第 1の実施形 態に係る光送受信モジュール 1と同様に、受光素子 16の力ソード端子へのクロストー クを低減できる。さらに、本実施形態によれば、プリアンプ 21をパッケージ 10の送受 信室 10Aに内蔵することで、第 1の実施形態のものと比較して、高周波特性がさらに 改善されるようになり、振幅の大きな信号を出力することができる。

[0067] [第 3の実施形態]

次に、本発明の第 3の実施形態について、図 6を参照しながら説明する。なお、本 実施形態において、第 1の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を 避ける。

図 7は本発明の第 3の実施形態に係る光送受信モジュール 3の構成を示すもので あり、この第 3の実施形態に係る光送受信モジュール 3は、第 1の実施形態における 光モジュール 1と同一構成のものにおいて、第 1の金属板 11の下面にパッケージ 10 の底部 10Eを貫通して設けたスルーホール 10Fと、このスルーホール 10Fに設けた 導電性の外部接続用金属 11 Aと、第 2の金属板 12の下面にパッケージ 10を貫通し て設けたスルーホール 10Gと、このスルーホール 10Gに設けた導電性の外部接続用 金属 12Aとをさらに有する点が異なる。

[0068] 第 1の金属板 11と外部接続用金属 11Aは、それぞれ一体化した金属か、電気的に 接続されている。同様に、第 2の金属板 12と外部接続用金属 12Aも、それぞれ一体 化した金属か、電気的に接続されている。

[0069] 従って、前述のような外部接続用金属 11 A、 12Aを通じてパッケージ 10外部のダラ ンドと接続することで、第 1の金属板 11及び第 2金属板 12のクロストークによる電位 変動をさらに効果的に抑えることができ、電気クロストークを一層低減させることがで きる。

[0070] [第 4の実施形態]

次に、本発明の光送受信装置について、図 8を参照しながら説明する。 図 8は、本発明の実施形態に係る光送受信装置 4を示すものであり、この光送受信 装置 4は、上面 41Aに所定のパターン配線 42が設けられた実装基板 41と、この実装 基板 41の表面 (上面) 41Aに実装された第 1一第 3の実施形態で用いた光送受信モ ジュール 1一 3の!、ずれかを備えて、る。

[0071] 光送受信モジュールを実装させる実装基板 41には、前述したように、第 1一第 3の 実施形態で用いた光送受信モジュール 1一 3の、ずれかを実装するように構成して いるが、特に実装基板 41の表面(上面) 41 Aにおいて、これら光送受信モジュール 1 一 3のパッケージ 10裏面と接する領域(図 8ではハッチングで示す領域(以下、これを 「パッケージ実装領域」とよぶ)) aには導電パターンを設けない (これを「欠損パター ン」とよぶ)ように構成して、る。

[0072] このように、本発明の光送受信装置 4では、パッケージ実装領域 aにパターン配線 42を設けなヽ (欠損パターン)ようになって!/、るが、この理由につ、て以下に説明す る。

本実施形態とは異なり、仮に、実装基板 41の表面 (上面)のパッケージ実装領域 α にもパターン配線 42を設ける (欠損パターンとしな、)構成とした場合の等価回路モ デノレを、図 9に示す。

[0073] この場合も、本実施形態の場合も同様である力光送受信モジュール 1 (又は 2, 3) のパッケージ 10は、榭脂で形成されており物性的には誘電体を構成している。一方 、ノッケージ実装領域ひを欠損パターンとしないときの実装基板 41の表面 (上面) 41 Αには、ノッケージ 10直下にもパターン配線を有しているので、第 1の金属板 11と実 装基板 41上のパターン配線との間に容量 Cが発生してしまう。同様に、第 2の金属 板 12とパッケージ 10直下の実装基板 41上のパターン配線との間にも、容量 C 2が発 生する。

このため、欠損パターンでない場合には、図 9に示すように、第 1の金属板 11と第 2 の金属板 12との間に容量接続が発生してしまう。その結果、そこで電気クロストーク を拡大してしまうこととなる。

[0074] 一方、本発明の第 4の実施形態に係る光送受信装置 4では、光送受信モジュール 1 (又は 2、 3)のパッケージ実装領域 aである光送受信モジュールのパッケージ 10直 下において導電パターンを設けない。従って、前述のような容量 C 1及び C 2の発生が 回避できるので、電気クロストークが大きくなることを抑止することができる。

[0075] 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲 を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明ら かである。

本出願は、 2004年 1月 15日出願の日本特許出願 (特願 2004— 008118)に基づ くものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

産業上の利用可能性

[0076] 本発明によれば、榭脂パッケージ内部で発光素子を実装する第 1の基板を搭載す る第 1の金属板と、受光素子を配置する第 2の基板を搭載する第 2の金属板とをそれ ぞれ分離'独立して設けており、寄生容量を小さくすることができるので、発光素子を 高周波信号で電流駆動する際、高周波特性を改善しつつ、高周波信号の一部が受 光素子の端子に電位変動をもたらす電気クロストークを抑圧することができる効果を 有し、光送受信モジュール及びこれを備えた光送受信装置などに有用である。