JP2005159036A - 光送受信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 安価で、かつ寄生インダクタンスによる高周波特性の劣化を抑え、高速で動作することができる光送受信モジュールを提供する。
【解決手段】 ステム１と、ヒートシンク２と、フレキシブル基板４と、レーザチップ７及び受光素子チップ１４と、供給パターン５、８と、伝達パターン１２と、電源供給パターン１５と、レーザチップに駆動電流を供給する第１のリードピン３、１０と、受光素子チップから出力される出力信号を伝達する第２のリードピン１１と、受光素子チップへ電源供給をする第３のリードピン１７と、第１の接続手段６、９と、第２の接続手段１３と、第３の接続手段１６と、光信号を集光するレンズ１９と、光信号を通過、反射させる波長フィルタ２０と、レンズ及び波長フィルタを支持する支持手段１８とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ファイバ通信などに利用される光送受信モジュールに関する。

メタリックケーブルに代わって高速大容量の情報を低損失で伝送できる光ファイバ通信が注目され、光デバイスの低価格化と高速化と共に高機能化が近年、益々求められている。一例として、１本の光ファイバを用いて上りと下りの光双方向伝送を異なる波長で実現する光通信方式の開発などが進められているが、このような方式の光送受信モジュールでは発光素子、受光素子、波長分離、合波機能部品などを集積化する技術が必要である。このような光送受信モジュールが下記の特許文献１及び非特許文献１に開示されている。
特開平１１−６８７０５号公報（図１） http://www.infineon.com/cmc_upload/documents/015/579/ SBM52414x_020501.pdf（図４）

ここで、特許文献１に開示されている光送受信モジュールについて図４を用いて説明する。図４に示すように、従来の光送受信モジュールは、レーザチップ１０５とＳｉ基板１０３上に形成された光導波路１０２との間、及び受光素子チップ１０６と光導波路１０２との間で光結合ができるように高精度な２次元調整がなされている。レーザチップ１０５及び受光素子チップ１０６の位置調整はＳｉ基板１０３上にあらかじめ高精度に形成されたアライメントマーカ１０８を用いて行われる。レーザチップ１０５の波長λ２の送信光１０９は、波長フィルタ１０７で反射された後、光導波路１０２を通って光ファイバ１０１へ結合される。ここで、光ファイバ１０１の不図示のコアと光導波路１０２とは光学的に結合できるように配置されている。配置方法として、光導波路１０２の位置に対して、Ｓｉ基板１０３上に高精度にＶ形状の溝を加工し、Ｖ溝に沿って光ファイバ１０１を固定させるという方法が一般的である。一方、光ファイバ１０１を伝搬してきた波長λ１の受信光１１０は、波長フィルタ１０７を透過して受光素子チップ１０６に受光される。受光素子チップ１０６は側面方向から光信号を入射させ受光する構造を有している。

また、非特許文献１に開示されているキャンパッケージ型のレーザモジュールを含む光送受信モジュールについて図５を用いて説明する。図５（ａ）に示すように、従来の他の光送受信モジュールは、受信光２０７の波長λ１の信号を送信光２０６の波長λ２の信号と分離するために、レンズ光学系の途中に波長フィルタ２０３が挿入されている。受信光２０７は波長フィルタ２０３において反射された後、ＣＡＮタイプ受光素子モジュール２０２に受光される。一方、ＣＡＮタイプレーザモジュール２０１からの送信光２０６は、波長フィルタ２０３を透過したのち、レンズ２０４を介して光ファイバ２０５へ集光される。光送受信モジュール全体は金属筐体２００で覆われている。また、ＣＡＮタイプレーザモジュール２０１の内部は図５（ｂ）に示すように、ステム２１０と、ステム２１０に導電的に接続されたヒートシンク２１１と、ヒートシンク２１１上に配置された基板２１７と、基板２１７上に実装されたレーザチップ２１４と、ステム２１０を貫通するリードピン２１２、２１３と、リードピン２１２、２１３とレーザチップ２１４の端子とを導電的に接続するボンディングワイヤ２１５、２１６から構成されている。

しかしながら、特許文献１に開示されている光送受信モジュールは、受光素子チップ１０６とレーザチップ１０５とを同一光導波路基板上に実装することにより小型化が実現できるが、Ｖ溝や光導波路１０２の高精度な加工が必要であるため構成部品が高価となるという問題があった。また、非特許文献１に開示されているキャンパッケージ型のレーザモジュールを含む光送受信モジュールは、ＣＡＮタイプのレーザモジュール２０１や受光素子モジュール２０２を用いるため、ＣＡＮパッケージ内部のリードピン２１２、２１３やボンディングワイヤ２１５、２１６が長くなり、これらの寄生インダクタンスによって高周波特性が損なわれるといった問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、安価で、かつ寄生インダクタンスによる高周波特性の劣化を抑え、高速で動作することができる光送受信モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、ステムと、前記ステムに導電的に取り付けられた導電性のヒートシンクと、前記ステム上の平面及び前記ヒートシンク上の平面に対して面接続された屈曲可能なフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板上に実装されたレーザチップ及び受光素子チップと、前記フレキシブル基板上に実装され、前記レーザチップに駆動電流を供給するための供給パターンと、前記フレキシブル基板上に実装され、前記受光素子チップから出力される出力信号を伝達するための伝達パターンと、前記フレキシブル基板上に実装され、前記受光素子チップへ電源供給をするための電源供給パターンと、前記ステムから電気的に絶縁された状態で前記ステムを貫通して固定され、前記供給パターンと導電的に接続され、前記レーザチップに前記駆動電流を供給する第１のリードピンと、前記ステムから電気的に絶縁された状態で前記ステムを貫通して固定され、前記伝達パターンと導電的に接続され、前記受光素子チップから出力される前記出力信号を伝達する第２のリードピンと、前記ステムから電気的に絶縁された状態で前記ステムを貫通して固定され、前記電源供給パターンと導電的に接続され、前記受光素子チップへ前記電源供給をする第３のリードピンと、前記レーザチップと、前記第１のリードピンと導電的に接続された前記供給パターンとを導電的に接続する第１の接続手段と、前記受光素子チップと、前記第２のリードピンと導電的に接続された前記伝達パターンとを導電的に接続する第２の接続手段と、前記受光素子チップと、前記第３のリードピンと導電的に接続された前記電源供給パターンとを導電的に接続する第３の接続手段と、前記レーザチップから発光された光信号又は前記受光素子チップによって受光される光信号を集光するレンズと、前記レーザチップから発光された前記光信号を通過させ、前記受光素子チップによって受光される前記光信号を反射させる波長フィルタと、前記レンズと前記波長フィルタとを支持する支持手段とを備える光送受信モジュールが提供される。この構成により、安価で、かつ寄生インダクタンスによる高周波特性の劣化を抑え、高速で動作することができる。

また、上記発明の光送受信モジュールにおいて、前記支持手段は、前記レンズ及び前記波長フィルタを支持するとともに、少なくとも前記レーザチップ及び受光素子チップを覆うキャップであることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、安価で、かつ寄生インダクタンスによる高周波特性の劣化を抑え、高速で動作することができ、またレーザチップや受光素子チップに影響する可能性があるほこりなどを除去することができる。

また、上記発明の光送受信モジュールにおいて、前記フレキシブル基板上に実装され、前記受光素子チップから出力される前記出力信号を増幅するプリアンプと、前記プリアンプと前記電源供給パターンとを導電的に接続する第４の接続手段と、前記プリアンプから出力されるプリアンプ出力信号を前記伝達パターンに伝達するために、前記プリアンプと前記伝達パターンとを導電的に接続する第５の接続手段とを備え、前記伝達パターンに接続された前記第２の接続手段の一端を前記プリアンプへ接続させることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、受光素子チップとプリアンプとの間の距離を極力短くできるため高周波特性を改善することができる。

本発明の光送受信モジュールは、上記構成を有し、安価で、かつ寄生インダクタンスによる高周波特性の劣化を抑え、高速で動作することができる。

＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態に係る光送受信モジュールについて図１及び図２を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光送受信モジュールの構成を示す図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光送受信モジュールにおける光信号の流れを示す図である。

まず、本発明の第１の実施の形態に係る光送受信モジュールについて図１を用いて説明する。パッケージであるステム１とヒートシンク２とは導電的に接続されているか、又は１つの金属体で構成されている。屈曲可能なフレキシブル基板４は、ステム１上の平面及びヒートシンク２上の平面に屈曲され面接続している。フレキシブル基板４上にレーザチップ７と受光素子チップ１４が配置されている。なお、レーザチップ７は上面が発光する面発光タイプのレーザチップである。レーザチップ７を駆動させる駆動電流は、リードピン３からフレキシブル基板４上の信号パターン５を通じ、ボンディングワイヤ６を介してレーザチップ７へ流れ、レーザチップ７からボンディングワイヤ９を介して信号パターン８を通じリードピン１０へ流れる。この駆動電流を変化させることで光強度を変調させることができる。

また、受光素子チップ１４が受光した光信号の強度に応じた受光電流を得るためには、まずバイアス電圧をリードピン１７から電源供給パターン１５を通じ、ボンディングワイヤ１６を介して受光素子チップ１４へ与える必要がある。これにより受光素子チップ１４からの受光電流は、ボンディングワイヤ１３を介して信号パターン１２を通じ、リードピン１１へ流れ、パッケージ外部に出力される。また、レーザチップ７からの送信光や受光素子チップ１４への受信光を集光するためのレンズ１９と、レーザチップ７からの送信光を通過させ、受光素子チップ１４への受信光を反射させる波長フィルタ２０とを備えたキャップ１８がステム１に接合される。接合において、例えばあらかじめステム１に接合のための目安を設けておくことにより、接合を正確かつ容易に行うことができる。

なお、レーザチップ７からの送信光や受光素子チップ１４への受信光を集光させる場合や、送信光を通過させ受信光を反射させる場合に、レンズ１９及び波長フィルタ２０を備えたキャップ１８でなくても構わない。例えば、レンズ１９及び波長フィルタ２０を支持する不図示の支持棒を光送受信モジュールの所定の部位に設け、不図示の支持棒にレンズ１９及び波長フィルタ２０を取り付けるようにしても構わない。これにより、接合の手間を要するキャップ１８を必要としない。

ここで、本発明の第１の実施の形態に係る光送受信モジュールにおける光信号の流れについて図２を用いて説明する。図２の（ａ）は、レーザチップ７から発光された送信光信号が光ファイバ２４へ結合する際の送信光信号の流れを示している。レーザチップ７から発光された送信光信号は、波長フィルタ２０を通過しレンズ１９で集光され、光ファイバ２４へ結合される。なお、波長フィルタ２０は、レーザチップ７が実装されているステム１の面に対して傾斜をもたせて配置されている。後述する図２の（ｂ）においても同様である。

図２の（ｂ）は、光ファイバ２４内を伝搬してきた受信光信号が受光素子チップ１４へ結合する際の受信光信号の流れを示している。光ファイバ２４内を伝搬してきた受信光信号は、レンズ１９で集光され、波長フィルタ２０において反射され、受光素子チップ１４へ結合される。このような構成にすることで、光導波路やＶ溝形成などが不要で、同一基板上に受光素子チップ１４とレーザチップ７とを実装できる安価な構造となり、かつフレキシブル基板４にレーザチップ７と受光素子チップ１４とを実装することで、ＣＡＮパッケージ内部のリードピンやボンディングワイヤの寄生インダクタンスによる高周波特性劣化を抑えることができる。

＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態に係る光送受信モジュールについて図３を用いて説明する。第２の実施の形態に係る光送受信モジュールは、第１の実施の形態に係る光送受信モジュールとほぼ同様の構成をしているが、相違する点はフレキシブル基板４上にプリアンプ２１を実装し、電源を供給するためのボンディングワイヤ２２、受光素子チップ１４からの出力をプリアンプ２１に伝達するボンディングワイヤ２３を設け、また受光素子チップ１４と信号パターン１２とをつないでいたボンディングワイヤ１３をプリアンプ２１と信号パターン１２とをつなぐように変更した点である。このような構成により受光素子チップ１４からの出力をプリアンプ２１において増幅した後、ステム１の外部へとリードピン１１によって出力することができる。また、光送受信モジュール外部につける必要があったプリアンプ２１を内蔵することで、受光素子チップ１４とプリアンプ２１との間の距離を極力短くすることができるため高周波特性を改善することができる。

本発明に係る光送受信モジュールは、安価で、かつ寄生インダクタンスによる高周波特性の劣化を抑え、高速で動作することができるため、光ファイバ通信などに利用される光送受信モジュールなどに有用である。

本発明の第１の実施の形態に係る光送受信モジュールの構成を示す図 本発明の第１の実施の形態に係る光送受信モジュールにおける光信号の流れを示す図 （ａ）レーザチップから発光された送信光信号が光ファイバへ結合する際の送信光信号の流れを示す図 （ｂ）光ファイバ内を伝搬してきた受信光信号が受光素子チップへ結合する際の受信光信号の流れを示す図 本発明の第２の実施の形態に係る光送受信モジュールの構成を示す図 従来の光送受信モジュールを示す図 従来のキャンパッケージ型のレーザモジュールを含む光送受信モジュールを示す図

符号の説明

１、２１０ ステム
２、２１１ ヒートシンク
３、１０、１１、１７、２１２、２１３ リードピン
４ フレキシブル基板
５、８ 信号パターン（供給パターン）
６、９、１３、１６、２２、２３、２１５、２１６ ボンディングワイヤ（接続手段）
７、１０５、２１４ レーザチップ
１２ 信号パターン（伝達パターン）
１４、１０６ 受光素子チップ
１５ 電源供給パターン
１８ キャップ（支持手段）
１９、２０４ レンズ
２０、１０７、２０３ 波長フィルタ
２１ プリアンプ
２４、１０１、２０５ 光ファイバ
１０２ 光導波路
１０３ Ｓｉ基板
１０４ モニタ用受光素子チップ
１０８ アライメントマーカ
１０９、２０６ 送信光
１１０、２０７ 受信光
２００ 金属筺体
２０１ ＣＡＮタイプレーザモジュール
２０２ ＣＡＮタイプ受光素子モジュール
２１７ 基板

Claims (3)

1. ステムと、
   前記ステムに導電的に取り付けられた導電性のヒートシンクと、
   前記ステム上の平面及び前記ヒートシンク上の平面に対して面接続された屈曲可能なフレキシブル基板と、
   前記フレキシブル基板上に実装されたレーザチップ及び受光素子チップと、
   前記フレキシブル基板上に実装され、前記レーザチップに駆動電流を供給するための供給パターンと、
   前記フレキシブル基板上に実装され、前記受光素子チップから出力される出力信号を伝達するための伝達パターンと、
   前記フレキシブル基板上に実装され、前記受光素子チップへ電源供給をするための電源供給パターンと、
   前記ステムから電気的に絶縁された状態で前記ステムを貫通して固定され、前記供給パターンと導電的に接続され、前記レーザチップに前記駆動電流を供給する第１のリードピンと、
   前記ステムから電気的に絶縁された状態で前記ステムを貫通して固定され、前記伝達パターンと導電的に接続され、前記受光素子チップから出力される前記出力信号を伝達する第２のリードピンと、
   前記ステムから電気的に絶縁された状態で前記ステムを貫通して固定され、前記電源供給パターンと導電的に接続され、前記受光素子チップへ前記電源供給をする第３のリードピンと、
   前記レーザチップと、前記第１のリードピンと導電的に接続された前記供給パターンとを導電的に接続する第１の接続手段と、
   前記受光素子チップと、前記第２のリードピンと導電的に接続された前記伝達パターンとを導電的に接続する第２の接続手段と、
   前記受光素子チップと、前記第３のリードピンと導電的に接続された前記電源供給パターンとを導電的に接続する第３の接続手段と、
   前記レーザチップから発光された光信号又は前記受光素子チップによって受光される光信号を集光するレンズと、
   前記レーザチップから発光された前記光信号を通過させ、前記受光素子チップによって受光される前記光信号を反射させる波長フィルタと、
   前記レンズと前記波長フィルタとを支持する支持手段とを、
   備える光送受信モジュール。
2. 前記支持手段は、前記レンズ及び前記波長フィルタを支持するとともに、少なくとも前記レーザチップ及び受光素子チップを覆うキャップである請求項１に記載の光送受信モジュール。
3. 前記フレキシブル基板上に実装され、前記受光素子チップから出力される前記出力信号を増幅するプリアンプと、
   前記プリアンプと前記電源供給パターンとを導電的に接続する第４の接続手段と、
   前記プリアンプから出力されるプリアンプ出力信号を前記伝達パターンに伝達するために、前記プリアンプと前記伝達パターンとを導電的に接続する第５の接続手段とを備え、
   前記伝達パターンに接続された前記第２の接続手段の一端を前記プリアンプへ接続させる請求項１又は２に記載の光送受信モジュール。