JP2000082828A

JP2000082828A - 光受信器及び光伝送モジュール

Info

Publication number: JP2000082828A
Application number: JP10267337A
Authority: JP
Inventors: Kunie Hanai; 邦江花井; Tsutomu Kuroiwa; 勉黒岩; Noboru Ishihara; 昇石原; Masanobu Okayasu; 雅信岡安
Original assignee: Hitachi Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 2000-03-21

Abstract

(57)【要約】【課題】受信感度の向上に好適な光受信器及び光伝送
モジュールを提供する。【解決手段】セラミック基板１のくぼみ３１にはＰＬ
Ｃシリコン基板２が搭載され、くぼみ３２にはプリアン
プＩＣチップ３が搭載され固定される。このくぼみ３
１、３２の深さは、ＰＬＣシリコン基板２の高さとプリ
アンプＩＣチップ３の高さがほぼ同じとなるように調整
する。これによりＰＬＣシリコン基板２とプリアンプＩ
Ｃチップ３との間に段差がなくなり、ＰＤ４出力とプリ
アンプ入力間を接続するボンディングワイヤ１０の長さ
を短くできる。また、段差がないので、各部の樹脂封止
が均等に行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムに
用いられる光受信器及び光伝送モジュールに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】加入者系の光伝送モジュールでは、特に
波長合分波機能あるいは双方向時分割伝送機能を必要と
しており、例えばＰＬＣモジュール（ＰｌａｎａｒＬ
ｉｇｈｔｗａｖｅＣｉｒｃｕｉｔＭｏｄｕｌｅ）が
用いられる。この種のＰＬＣモジュールは、光導波路、
光学フィルタ、受光素子（フォトダイオード（Ｐ
Ｄ））、発光素子（レーザダイオード（ＬＤ））、モニ
タＰＤ（ＭＰＤ）などの光学素子をシリコン基板に搭載
し、これと光ファイバブロックをセラミック基板に配置
し、これらを樹脂で封止して作製される。

【０００３】従来のＰＬＣモジュールを用いた光受信器
は、プリアンプを含む後段電気回路を搭載した光受信器
基板に、ＰＬＣモジュールをはんだ付けして搭載する構
造である。ＰＤとプリアンプとの接続は、ＰＤ搭載のＰ
ＬＣモジュールの端子をプリアンプ集積回路（ＩＣ）パ
ッケージ端子に接続することにより行う。

【０００４】従来の構造では、ＰＬＣモジュール内の光
学回路と後段電気回路とが別体となっているため、ＰＬ
Ｃモジュール単体での特性評価が容易である。また、Ｐ
ＬＣモジュールの組立と電気回路部分の組立を同時に進
行することが可能であるため、光受信器の製作時間が短
縮できるという利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の構
造では、光受信器の受信感度の点からは十分とはいえな
い。従来、ＰＤ出力はＰＬＣモジュールの端子を介して
プリアンプ集積回路パッケージ端子に接続されている。
このため、各部品の端子がアンテナの役割をし、雑音が
入りやすい。また、端子や配線間につく容量によって、
プリアンプ入力容量が増加する。

【０００６】配線容量の抑制に関しては、例えば特開平
５−１９８８２８号公報に、受光素子とその次段となる
増幅素子とを一つのチップキャリアに実装し、受光素子
の出力と増幅素子の入力を金属製ワイヤで直接接続する
技術が開示されている。しかしこの構造は、ＰＬＣモジ
ュールにはそのまま適用することはできない。ＰＬＣモ
ジュールにおいては、受光素子などの光学素子が、増幅
素子とは別に、寸法の大きいシリコン基板に予め搭載さ
れているからである。

【０００７】本発明はこのＰＬＣモジュール特有の構造
に着目してなされたものであって、その目的は、受信感
度の向上に好適な光受信器及び光伝送モジュールを提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、少なくとも
２つのくぼみを有する基板と、前記基板のくぼみの一つ
に配置された受光素子搭載部材と、前記基板の別のくぼ
みに配置されており受光素子搭載部材に搭載された受光
素子の電極にボンディングワイヤで接続された増幅素子
とを備えた光受信器により、達成される。ここで、増幅
素子としてはプリアンプ集積回路チップが用いられる。

【０００９】基板のくぼみは、受光素子搭載部材の高さ
と増幅素子の高さを調整する役目を持ち、両者を基板に
配置したときに生ずる段差を解消する。段差の解消によ
り、ボンディングワイヤの長さを短くできる。これによ
り寄生容量が減少し、受信感度が向上する。更に、受光
素子、増幅素子及びボンディングワイヤを同一の樹脂で
覆うことにより、ボンディングワイヤの確実な保護と錆
等の不具合を防止することができる。

【００１０】また、基板に形成したくぼみを調整して、
受光素子搭載部材の高さと増幅素子の高さをほぼ同じ高
さとなるようにすることにより、ボンディングワイヤの
長さを最短とすることができる。このとき、基板の高さ
も受光素子搭載部材及び増幅素子の高さとほぼ同じとす
ることにより、樹脂封止の際に樹脂が均等に広がって都
合がよい。粘性の低い樹脂材を使用する場合には、基板
の高さよりも受光素子搭載部材及び増幅素子の高さを低
くすることにより、樹脂材の流出を防ぐことができる。

【００１１】受光素子の受光感度は、このように構成し
た光受信器に光を入力し、光のレベルを変化させたとき
の増幅素子の出力電圧レベルの変化の傾きより求めるこ
とができる。

【００１２】本発明に係る光伝送モジュールは、基板上
のくぼみに配置された光学素子搭載部材と、基板上の他
のくぼみに配置された集積回路素子と、光学素子搭載部
材に搭載された光学素子の電極と集積回路素子の電極間
を接続するボンディングワイヤとを備える。ここで、く
ぼみは基板の表裏に形成し、各くぼみにそれぞれ光学素
子搭載部材と集積回路素子を配置することができる。基
板の裏面に配置された集積回路素子をプリアンプと後段
電気回路を含むものとすることで、光伝送モジュールを
小型化することができる。

【００１３】また本発明に係る光伝送部品の実装方法
は、基板に複数個のくぼみを形成し、一つのくぼみに光
学素子搭載部材を配置し、他のくぼみに集積回路素子を
配置し、光学素子搭載部材に搭載された光学素子の電極
と集積回路素子の電極をボンディングワイヤで接続し、
光学素子と集積回路素子とボンディングワイヤを樹脂で
埋め込むことにより行う。光ファイバを組み込むとき
は、光学素子搭載部材が配置されるくぼみを横切って設
けられたスリットの位置で光ファイバを光学素子搭載部
材に形成された光導波路に接続する。このとき光ファイ
バは基板に形成された溝に保持しておくとよい。

【００１４】このようにして本発明では、増幅素子入力
容量を低減し、受信感度の向上に好適な光受信器及び光
伝送モジュールを得ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る光伝送モジ
ュールの一実施例を示す図である。同図は特に光受信器
フロントエンドの構成を詳細に示している。図のよう
に、セラミック基板１には、くぼみ３１、３２が形成さ
れており、くぼみ３１には光学素子搭載部材としてのＰ
ＬＣシリコン基板２が配置され、くぼみ３２にはプリア
ンプＩＣチップ３が配置されている。ＰＬＣシリコン基
板には、受光素子（ＰＤ）４、モニタ用受光素子（ＭＰ
Ｄ）５、レーザダイオード（ＬＤ）６などの光学素子が
実装されている。ＰＤ４及びＬＤ６にはそれぞれ光導波
路３３の端部が配置される。光導波路３３の他の端部
は、光ファイバ３４と光学的に接続される。光ファイバ
３４は、その一端が光導波路３３と対向して配置された
ファイバブロック１９に固定され、保持部材３６を介し
て外部に伸びている。

【００１６】ＰＤアノード電極７はＰＤ４上の電極であ
り、ＰＤカソード電極８はＰＬＣシリコン基板２上に設
けた電極である。ＰＤアノード電極７（ＰＤ出力）とプ
リアンプＩＣチップ電極９（プリアンプ入力）は、ボン
ディングワイヤ１０により直接接続される。また、別の
プリアンプＩＣチップ電極９とセラミック基板１に形成
された電極３７も、別のボンディングワイヤ１０により
接続される。電極３７はモジュール端子３８に接続され
ている。ＭＰＤ５およびＬＤ６の接続関係は図示しない
が、同様にセラミック基板１に形成された電極を介して
ボンディングワイヤによりモジュール端子に接続され
る。

【００１７】ワイヤボンディング後、少なくとも光学素
子とＩＣチップとボンディングワイヤは樹脂（シリコー
ン）で覆って封止する。樹脂封止については後でまた述
べる。樹脂封止後、セラミック基板１を載せた下ケース
１１に上ケース１２を被せてフロントエンドモジュール
とする。

【００１８】図２は、本発明に係る光伝送モジュールの
他の実施例の部分図である。本実施例は、図１の実施例
とはワイヤボンディングの方法が違っている。図１では
ＰＤ４上の電極７とＩＣチップ電極９をボンディングワ
イヤ１０で直接接続していたのに対し、図２では、ＰＬ
Ｃシリコン基板２上に設けた電極８（ＰＤ出力）とＩＣ
チップ電極９（プリアンプ入力）をボンディングワイヤ
１０で直接接続している。

【００１９】図２の実施例の利点は次のとおりである。
例えば、熱圧着方式でワイヤボンディングを行う場合、
始点よりも終点の方に大きな圧力がかかるため、素子上
電極間のワイヤボンディングでは、終点で素子が破壊さ
れるおそれがある。一方、基板上の電極は素子上の電極
よりも耐圧力性が高い。そこで図２の実施例では、プリ
アンプＩＣチップ３上の電極９を始点とし、ＰＬＣシリ
コン基板２上の電極８を終点としてワイヤボンディング
することにより、素子破壊の可能性を低減している。プ
リアンプ入力容量は、ＰＬＣシリコン基板上の電極８に
つく容量分だけ図１の実施例よりも増加する。しかしワ
イヤボンディング用電極は非常に小さいので、容量増加
分も非常に小さい。

【００２０】図１の構造から図２の構造への変更は容易
である。例えば図１では、ＰＤ４を電源電圧基準で動作
させＰＤ４上のアノード電極７をＰＤ出力としている。
これを変更してＰＤ４をアース基準で動作させると、Ｐ
ＬＣシリコン基板上のカソード電極８がＰＤ出力とな
り、図２の構造となる。

【００２１】図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１のＡ
Ａ’断面を示す図である。図のように、ＰＬＣセラミッ
ク基板１は凹穴もしくはスリット状のくぼみ３１、３２
を有する。くぼみ３１にはＰＬＣシリコン基板２が搭載
され、くぼみ３２にはプリアンプＩＣチップ３が搭載さ
れ、それぞれ接着剤１３で固定される。このくぼみ３
１、３２の深さを調節することにより、ＰＬＣシリコン
基板２の高さとプリアンプＩＣチップ３の高さを調整す
ることができる。

【００２２】同図（ａ）では、ＰＬＣシリコン基板２の
高さと、プリアンプＩＣチップ３の高さ、及びセラミッ
ク基板１の高さをほぼ同じにしている。これにより各部
の段差がなくなり、ＰＤ４出力とプリアンプ入力間を接
続するボンディングワイヤ１０の長さを最短にでき、か
つ樹脂（シリコーン）１４による封止の際、樹脂が均等
に広がる。この場合、樹脂材は表面張力により周辺部に
流れ出さない。従って、周辺に溝などの流れ出し防止の
ための構造は不要である。同図（ｂ）では、くぼみ３
１、３２を深くしている。これは粘性の低い樹脂材を使
用する場合の例で、ＰＬＣシリコン基板２とプリアンプ
ＩＣチップ３の高さをセラミック基板１の両端の高さよ
り低くすることで、樹脂材の流出を防止する。

【００２３】また、このようなくぼみ３１、３２を形成
したことにより、特に印が無くても基板やチップの搭載
位置の確定ができる。更に、ＰＬＣシリコン基板２の搭
載位置とプリアンプＩＣチップ３の搭載位置の間にセラ
ミック基板１の壁があることにより、接着剤１３（銀エ
ポキシなど）が搭載位置よりはみ出さない。

【００２４】図４は、フロントエンドモジュールと後段
電気回路の接続を示す図で、（ａ）は表面図、（ｂ）は
裏面図である。本例では、図１のフロントエンドをケー
スに入れフロントエンドモジュール１５とし、これを後
段電気回路１６を搭載した光受信器基板１７にはんだつ
け接続する。光受信器基板１７は複数層で構成され、こ
の層中に設けられた配線によりフロントエンドモジュー
ル１５と後段電気回路１６が電気的に接続される。

【００２５】図５は、本発明に係る光伝送モジュールの
他の実施例を示す図で、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面
図である。図のように本実施例では、ＰＬＣセラミック
基板１の裏面に後段電気回路１６を搭載し、フロントエ
ンドと後段電気回路を一体化している。またＰＬＣセラ
ミック基板１の表面には、ＰＬＣシリコン基板２の配置
されたくぼみ３１を横切ってファイバ調芯用スリット１
８が設けられている。このスリット１８の位置で光ファ
イバ３４をＰＬＣシリコン基板２に形成された光導波路
３３に接続する。このスリット１８を設けることによ
り、ＰＬＣシリコン基板２とファイバブロック１９を接
合する際、適切な調芯位置を上面からだけでなく側面か
らも確認できる。またスリットの深さ分だけ、調節可能
範囲が拡大する。

【００２６】図６は、本発明の他の実施例を示すもので
ある。同図（ａ）は表面図を、（ｂ）は裏面図を、
（ｃ）はＢＢ’断面図をそれぞれ示す。図のように本実
施例では、ＰＬＣセラミック基板１の裏面に、プリアン
プを含む後段電気回路を収容した集積回路（ＩＣ）２０
を搭載している。ＩＣ２０は、ＰＬＣシリコン基板２の
配置位置の真下にベアチップ実装される。これにより光
伝送用光受信器の寸法を小さくすることができる。ＰＤ
４とＩＣ２０の接続は、ＰＤ電極とＰＬＣセラミック基
板１上の電極間のボンディングワイヤと、この電極に接
続されたＰＬＣセラミック基板１上の配線２２及びビア
２３と、ビア２３とＩＣ２０の電極間のボンディングワ
イヤとにより行われる。その後、セラミック基板１の裏
面はキャップ２１により密閉される。セラミック基板１
の表面の各部品は、図示しない樹脂で封止される。ま
た、裏面の各部品も樹脂で封止してもよい。

【００２７】次にＰＤ受光感度の試験方法の一実施例に
ついて述べる。従来の試験方法は、光伝送用光受信器に
一定のＤＣ光を入光し、ＰＤに流れる電流を測定するも
のである。しかし、図１のようにＰＤ電極、プリアンプ
ＩＣチップ電極間を直接ボンディングワイヤで接続し、
樹脂封止した場合は、ＰＤに流れる電流の測定が困難で
ある。そこで新しい試験方法では、光伝送用光受信器に
一定のＤＣ光を入光し、プリアンプ出力電圧を測定する
ことにより、ＰＤ受光感度を求める。

【００２８】図７は、光伝送用光受信器に入光するＤＣ
光パワー対プリアンプ出力レベル特性の一例を示すグラ
フを示すものである。同図に特性式の一例を併せて示
す。記号ＰｉｎはＤＣ光パワー（単位ｄＢｍ）、記号Ｖ
ｐｒｅｏｕｔ（単位Ｖ）はプリアンプ出力電圧レベル、
記号ＶＬ（単位Ｖ）はＤＣ光無入力のＶｐｒｅｏｕｔ、
記号Ｖｘ（単位Ｖ）はＤＣ光入力パワーがｘの時のＶｐ
ｒｅｏｕｔ、記号α（単位Ａ／Ｗ）はＰＤ受光感度、Ｒ
ｆはプリアンプＩＣの帰還抵抗である。Ｐｉｎ対Ｖｐｒ
ｅｏｕｔが線形領域では、一次関数の傾きα×Ｒｆはフ
ロントエンドの総合利得であり、ＶＬとＶｘを測定する
ことにより求められる。特にＰＤ受光感度αを求める必
要がある場合は、予めプリアンプＩＣチップのＲｆを測
定することでαを算出できる。

【００２９】本発明の実施例によれば、基板のくぼみに
配置したＰＤ電極とプリアンプＩＣ電極を直接ボンディ
ングワイヤで接続することで、プリアンプ入力容量を大
幅に低減でき、且つ雑音による影響を低減できるため、
光伝送用光受信器の受信感度が向上する。例えば、ＰＤ
ジャンクション容量を含めた全体の容量低減率は約７６
％である。また、配線容量だけの低減率をみても約８５
％に達する。この低減率は、従来の技術による容量と本
発明による容量の差分を従来の技術による容量で割った
値を百分率で表わしたものである。本発明による主な容
量低減場所は、ＰＬＣ、ＩＣのパッケージ容量、ＰＬＣ
内の配線容量、ガラエポ基板上の配線容量、ＰＬＣ端子
間容量などである。

【００３０】また、ＰＤ、ＩＣ、ボンディングワイヤを
一緒に樹脂封止することで、製作工数を増加せず、かつ
別々に封止するよりも光伝送用光受信器の寸法を小さく
することができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、受信感度の向上に好適
な光受信器及び光伝送モジュールを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光伝送モジュールの一実施例を示
す図である。

【図２】本発明に係る光伝送モジュールの他の実施例を
示す部分図である。

【図３】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１のＡＡ’断面
を示す図である。

【図４】フロントエンドモジュールと後段電気回路の接
続を示す図で、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図であ
る。

【図５】本発明に係る光伝送モジュールの他の実施例を
示す図で、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図である。

【図６】本発明の他の実施例を示す図で、（ａ）は表面
図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は断面図を示す。

【図７】光受信器に入光するＤＣ光パワー対プリアンプ
出力レベル特性の一例を示すグラフである。

【符号の説明】

１ＰＬＣセラミック基板２ＰＬＣシリコン基板３プリアンプＩＣチップ４受光素子（ＰＤ）５モニタ受光素子（ＭＰＤ）６レーザダイオード（ＬＤ）７ＰＤ電極アノード８ＰＤ電極カソード９プリアンプＩＣチップ電極１０ボンディングワイヤ１１下ケース１２上ケース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者黒岩勉神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地株式会社日立製作所情報通信事業部内 (72)発明者石原昇東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内 (72)発明者岡安雅信東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内Ｆターム(参考） 5F088 AA01 BA01 BB01 EA09 GA02 GA03 JA03 JA06 JA10 JA14 KA02 5K002 AA03 AA07 BA07 BA13 BA31 EA05 FA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２つのくぼみを有する基板
と、前記基板のくぼみの一つに配置された受光素子搭載
部材と、前記基板の別のくぼみに配置されており前記受
光素子搭載部材に搭載された受光素子の電極にボンディ
ングワイヤで接続された増幅素子とを備えたことを特徴
とする光受信器。
【請求項２】前記受光素子、増幅素子及びボンディン
グワイヤが同一樹脂で覆われたことを特徴とする請求項
１記載の光受信器。
【請求項３】複数のくぼみを有する基板と、前記基板
の一つのくぼみに配置された受光素子搭載部材と、前記
受光素子搭載部材の高さとほぼ同じ高さとなるように前
記基板の他のくぼみに配置された増幅素子とを備えたこ
とを特徴とする光受信器。
【請求項４】前記基板の高さを、前記受光素子搭載部
材及び増幅素子の高さとほぼ同じとしたことを特徴とす
る請求項３記載の光受信器。
【請求項５】前記基板の高さよりも、前記受光素子搭
載部材及び増幅素子の高さを低くしたことを特徴とする
請求項３記載の光受信器。
【請求項６】基板上のくぼみに配置された光学素子搭
載部材と、前記基板上の他のくぼみに配置された集積回
路素子と、前記光学素子搭載部材に搭載された光学素子
の電極と集積回路素子の電極間を接続するボンディング
ワイヤとを備えたことを特徴とする光伝送モジュール。
【請求項７】前記光学素子、集積回路素子及びボンデ
ィングワイヤが樹脂封止されたことを特徴とする請求項
６記載の光伝送モジュール。
【請求項８】前記光学素子搭載部材の配置されたくぼ
みと集積回路素子の配置されたくぼみが前記基板の表裏
に位置することを特徴とする請求項６記載の光伝送モジ
ュール。
【請求項９】前記光学素子の電極が、前記光学素子搭
載部材上に形成されたことを特徴とする請求項６乃至８
のいずれかに記載の光伝送モジュール。
【請求項１０】基板に複数個のくぼみを形成し、前記
一つのくぼみに光学素子搭載部材を配置し、前記他のく
ぼみに集積回路素子を配置し、前記光学素子搭載部材に
搭載された光学素子の電極と前記集積回路素子の電極を
ボンディングワイヤで接続し、前記光学素子と集積回路
素子とボンディングワイヤを樹脂で埋め込むことを特徴
とする光伝送部品の実装方法。
【請求項１１】前記光学素子の電極を前記光学素子搭
載部材上に配置し、前記集積回路素子上に配置された電
極を始点とし前記光学素子搭載部材上に配置された電極
が終点となるようにワイヤボンディングすることを特徴
とする請求項１０記載の光伝送部品の実装方法。
【請求項１２】前記光学素子搭載部材が配置されるく
ぼみを横切って設けられたスリットの位置で光ファイバ
を前記光学素子搭載部材に形成された光導波路に接続す
ることを特徴とする請求項１０記載の光伝送部品の実装
方法。
【請求項１３】前記光ファイバを前記基板に形成され
た溝に保持することを特徴とする請求項１２記載の光伝
送部品の実装方法。
【請求項１４】受光素子搭載部材に搭載された受光素
子の電極と増幅素子の電極とをボンディングワイヤで接
続したのち樹脂封止して構成した光受信器に光を入力
し、光のレベルを変化させたときの増幅素子の出力電圧
レベルの変化の傾きにより受光素子の受光感度を求める
ことを特徴とする試験方法。