JP2019110173A

JP2019110173A - Optical receiver

Info

Publication number: JP2019110173A
Application number: JP2017241161A
Authority: JP
Inventors: 敏洋伊藤; Toshihiro Ito; 都築　健; Takeshi Tsuzuki; 健都築
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2019-07-04
Anticipated expiration: 2037-12-15
Also published as: JP6740206B2

Abstract

To provide an optical receiver in which a line connecting flip-chip mounted ICs has impedance higher than input impedance of the ICs.SOLUTION: Dual photodiodes 112 have anodes S1, S2 and cathodes CA1, CA2 connected to a package substrate 140. A TIA IC 130 has signal terminals T1, T2, and VPD1 and VPD2 connected to the package substrate 140. A signal line 121 connecting the S1 and T1, and S2 and T2 is formed on a surface of the package substrate 140 so as to be electrically connected to a semiconductor chip 110 through a bump 151. Further, a power supply line 122 connecting the CA1 and VPD1, and CA2 and VPD2 is formed in an inner layer of the package substrate 140 to be electrically connected to the TIA IC 130 through a via hole 152 from a pad connected to the bump 151.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光ファイバを用いて通信を行う光通信技術の分野に属する光受信器に関する。 The present invention relates to an optical receiver belonging to the field of optical communication technology that performs communication using an optical fiber.

近年、通信技術の劇的な発展に伴い、通信容量の不断の増大が求められている。これに伴い、数百ｋｍ以上の長距離の都市間を結ぶ基幹回線ばかりでなく、１００ｋｍ未満の都市間や、データセンタ間を結ぶ比較的近距離の回線にも、大容量の通信装置が必要とされてくるようになった。 In recent years, with the dramatic development of communication technology, a constant increase in communication capacity is required. Along with this, a large-capacity communication device is required not only for backbone links connecting cities over a long distance of several hundred kilometers, but also for relatively short links between cities less than 100 km and data centers. It came to be considered.

そのため、従来では基幹回線のみに用いられてきた大容量ディジタルコヒーレント通信技術は、分散耐力や高い受信感度などの優れた特性のため、これらの近距離の通信でも使われるようになってきている。通信網は末端になるほど細かく分かれているため、これらの近距離で用いられる通信機器の数は基幹回線装置に比べてはるかに多く、同時に近距離用通信機器に対するサイズの縮小やコスト要求は遠距離用のものと比較するとずっと厳しいものになる。 Therefore, large-capacity digital coherent communication technology, which has conventionally been used only for trunk lines, has come to be used also for short-distance communication because of excellent characteristics such as dispersion tolerance and high reception sensitivity. Since the communication network is divided into smaller portions at the end, the number of communication devices used in these short distances is much larger than that of the trunk line device, and at the same time the size reduction and cost requirements for the short distance communication devices are long distances It will be a lot tougher than the one for.

これらの通信機器を実現するために必要なデバイスにおいて、ＩＣチップ自体及びその実装時のサイズを縮小し、またコストを下げる技術として、フリップチップ実装技術が着目されている。 Among devices required to realize these communication devices, flip chip mounting technology is focused on as a technology for reducing the size and reducing the size of the IC chip itself and its mounting.

図５（Ａ）に、従来のワイヤボンディングを用いた光受信器の上面図を示し、図５（Ｂ）に、この光受信器の側面図を示す。また、図６（Ａ）に、従来のフリップチップ実装技術を用いた光受信器の上面図を示し、図６（Ｂ）に、この光受信器の側面図を示す。 FIG. 5A shows a top view of an optical receiver using conventional wire bonding, and FIG. 5B shows a side view of the optical receiver. 6A shows a top view of an optical receiver using a conventional flip chip mounting technique, and FIG. 6B shows a side view of the optical receiver.

光受信器は、ＤＰＯＨ２１１（ｄｕａｌｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｏｐｔｉｃａｌｈｙｂｒｉｄ：二重偏波光ハイブリッド）および４対のデュアルフォトダイオード２１２から構成される光半導体チップ２１０と、４チャネルのトランスインピーダンスアンプ２３１（ＴＩＡ：ｔｒａｎｓｉｍｐｅｄａｎｃｅａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を搭載するＴＩＡＩＣ２３０を１つのパッケージ基板２４０に実装した形態をとっている。 The optical receiver includes an optical semiconductor chip 210 composed of DPOH 211 (dual polarization optical hybrid) and four pairs of dual photodiodes 212, and a four-channel transimpedance amplifier 231 (TIA). In this embodiment, the TIA IC 230 to be mounted is mounted on one package substrate 240.

デュアルフォトダイオード２１２は、アノードＳ１、Ｓ２及びカソードＣＡがパッケージ基板２４０と接続されている。ＴＩＡＩＣ２３０は、差動入力端子Ｔ１、Ｔ２及びバイアス電源供給部ＶＰＤがパッケージ基板２４０と接続されている。 In the dual photodiode 212, the anodes S 1 and S 2 and the cathode CA are connected to the package substrate 240. In the TIA IC 230, differential input terminals T1 and T2 and a bias power supply unit VPD are connected to the package substrate 240.

従来のＩＣ実装方法を用いた図５（Ａ）、（Ｂ）に示す光受信器では、光半導体チップ２１０とＴＩＡＩＣ２３０とがボンディングワイヤで接続されているが、他の素子ともＩＣの周辺に配置された電極パッドに対するワイヤボンディングによって電気的に接続する必要がある（例えば、非特許文献１参照）。 In the optical receiver shown in FIGS. 5A and 5B using the conventional IC mounting method, the optical semiconductor chip 210 and the TIA IC 230 are connected by bonding wires, but other elements are also around the IC. It is necessary to electrically connect to the arranged electrode pads by wire bonding (see, for example, Non-Patent Document 1).

一方、フリップチップ実装技術を用いた図６（Ａ）、（Ｂ）に示す光受信器では、図５（Ａ）、（Ｂ）に示す従来のＩＣ実装方法と異なり、ＩＣのパッド部分に金属バンプ２５０を載せてそのままセラミック等のパッケージ内の電極に接続される。このため、ＩＣのサイズ全面が接続用のパッドとして使用でき、ＩＣ周辺のみにパッドが制限されていたワイヤボンディング用のＩＣよりも、特にパッド数が多い場合にＩＣのサイズが縮小できる利点がある。 On the other hand, in the optical receiver shown in FIGS. 6A and 6B using flip chip mounting technology, unlike the conventional IC mounting method shown in FIGS. 5A and 5B, the metal pad portion of the IC is used. The bump 250 is placed and connected as it is to an electrode in a package such as ceramic. Therefore, the entire size of the IC can be used as a connection pad, and there is an advantage that the size of the IC can be reduced particularly when the number of pads is large, compared to the wire bonding IC whose pads are limited only to the periphery of the IC. .

さらにワイヤボンディングでＩＣから接続する際に、ＩＣよりも外側のパッケージ基板上にＩＣに接続するためのパッドを形成することが不要になるため、ＩＣ実装面積を縮小することができてパッケージの小型化にもつながる。これらのＩＣやパッケージサイズの縮小はコスト低減にもつながる。 Furthermore, when connecting from the IC by wire bonding, it becomes unnecessary to form a pad for connecting to the IC on the package substrate outside the IC, so the IC mounting area can be reduced and the package can be miniaturized It also leads to The reduction in the size of these ICs and packages leads to cost reduction.

光受信器の場合にも、このフリップチップ実装技術を、フォトダイオードを含むシリコンフォトニクス等によって作製した光半導体チップとＴＩＡＩＣの実装に適用することで、光受信器の小型化・低コスト化が可能になる。 In the case of an optical receiver, this flip chip mounting technology can be applied to the mounting of an optical semiconductor chip manufactured by silicon photonics and the like including a photodiode and a TIA IC, thereby achieving miniaturization and cost reduction of the optical receiver. It will be possible.

このように、光受信器にフリップチップ実装技術を用いる場合は、ＤＰＯＨ１１１（ｄｕａｌｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｏｐｔｉｃａｌｈｙｂｒｉｄ：二重偏波光ハイブリッド）２１１およびフォトダイオード２１２を含む光半導体チップ２１０とＴＩＡ１３１を含むＴＩＡＩＣ２３０とを、パッケージの線路２２０を介して接続する必要がある。 Thus, when using a flip chip mounting technique for the optical receiver, the optical semiconductor chip 210 including the DPOH 111 (dual polarization optical hybrid) 211 and the photodiode 212 and the TIA IC 230 including the TIA 131 It is necessary to connect through the line 220 of the package.

この線路２２０の重要で基本となるパラメータの１つは特性インピーダンスであり、金属層の間の絶縁体の誘電率、金属層の間隔、金属構造体の形状やサイズ（信号線の幅、信号線と接地線との間の距離など）といった様々な独立したパラメータにより決まる。フォトダイオードとＴＩＡの間をつなぐ線路に一定の長さがある場合、この線路の特性インピーダンスは全体の周波数特性に大きな影響を与える。 One of the important and basic parameters of the line 220 is the characteristic impedance, the dielectric constant of the insulator between the metal layers, the distance between the metal layers, the shape and size of the metal structure (the width of the signal line, the signal line Depends on various independent parameters, such as the distance between the If there is a fixed length in the line connecting the photodiode and the TIA, the characteristic impedance of this line will greatly affect the overall frequency characteristics.

図６（Ｃ）に、ＴＩＡＩＣ２３０の入力インピーダンスに対して特性インピーダンスが低い線路を介してＴＩＡとフォトダイオードを接続した場合の光変調器の光／電気応答（Ｏ／Ｅレスポンス）の周波数特性を示す。フォトダイオード２１２やＴＩＡ２３１の帯域が２０ＧＨｚ程度あるにも拘らず、全体の周波数特性がこれよりも大幅に低下してしまっている。この例は差動インピーダンス１００Ωの場合の図である。このＯ／Ｅレスポンスの周波数特性を改善するためには、線路の特性インピーダンスをＴＩＡ２３１の入力インピーダンスに対して高くする必要がある。 FIG. 6C shows the frequency characteristics of the optical / electrical response (O / E response) of the optical modulator when TIA and photodiode are connected via a line whose characteristic impedance is lower than the input impedance of TIA IC 230. Show. Although the bandwidth of the photodiode 212 and the TIA 231 is about 20 GHz, the overall frequency characteristics are much lower than this. This example is a diagram for the case of differential impedance 100Ω. In order to improve the frequency characteristics of the O / E response, it is necessary to make the characteristic impedance of the line higher than the input impedance of the TIA 231.

小川育生他、“１００Ｇｂｉｔ／ｓ光受信ＦＥモジュール技術”、ＮＴＴ技術ジャーナル２０１１年３月号Ikuo Ogawa, et al., "100 Gbit / s Optical Reception FE Module Technology", NTT Technical Journal March 2011

しかしながら、小型化の要求から線路のサイズには制限があるため、この線路の特性インピーダンスをトランスインピーダンスアンプの入力インピーダンスに対して高インピーダンス化することが難しい。つまり、通常行われる基板パターン技術の限界により、線路幅・線路スペースなどについて、十分な再現性を持たせて作成するためには、線路幅を一定以上に保つ必要がある。一方、線路間の間隔を広げすぎるとサイズが大きくなり、小型化の妨げになる。そのため、例えば、差動数百Ω程度以上のインピーダンスが必要となる場合、このような値を小型化と同時に実現することが難しいという課題があった。 However, since the size of the line is limited due to the demand for miniaturization, it is difficult to increase the characteristic impedance of the line to the input impedance of the transimpedance amplifier. That is, due to the limitations of the substrate pattern technology that is usually performed, it is necessary to maintain the line width at a certain level or more in order to create the line width, the line space, etc. with sufficient reproducibility. On the other hand, if the distance between the lines is too wide, the size becomes large, which hinders miniaturization. Therefore, for example, in the case where an impedance of approximately several hundreds Ω or more is required, there is a problem that it is difficult to realize such a value simultaneously with downsizing.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、フリップチップ実装されたＩＣ間を接続する線路がＩＣの入力インピーダンスに対して高インピーダンスである光受信器を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical receiver in which a line connecting between flip-chip mounted ICs has a high impedance to the input impedance of the IC. It is to provide.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様は、複数チャネルに対応する複数のフォトダイオードを含む光半導体チップと、複数チャネルに対応する複数のトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）を含むＴＩＡＩＣとがフリップチップの形態で基板上に実装され、前記光半導体チップと前記ＴＩＡＩＣとが電気的に接続されている光受信器であって、前記チャネル毎に、前記フォトダイオードのアノードと前記ＴＩＡの入力端子とをそれぞれ接続する前記基板の表面上に形成された信号線路と、前記フォトダイオードのカソードとバイアス電源供給部とをそれぞれ接続する前記基板の前記基板の内層もしくは基板の表面であって信号線路から、信号線路間隔と比べて離れた位置に形成された電源線路とを備えたことを特徴する。 In order to solve the above problems, one aspect of the present invention is an optical semiconductor chip including a plurality of photodiodes corresponding to a plurality of channels, and a TIA IC including a plurality of transimpedance amplifiers (TIAs) corresponding to a plurality of channels. Is an optical receiver mounted on a substrate in the form of a flip chip, wherein the optical semiconductor chip and the TIA IC are electrically connected, and for each of the channels, the anode of the photodiode and the TIA A signal line formed on the surface of the substrate connecting to the input terminal respectively, and a surface of the inner layer or substrate of the substrate connecting the cathode of the photodiode and the bias power supply unit respectively And a power supply line formed at a position distant from the line relative to the signal line spacing.

本発明の別の態様では、さらに前記フォトダイオードは、デュアルフォトダイオードであり、前記チャネル毎に、前記デュアルフォトダイオードの２つのカソードが、前記光半導体チップ上の容量を介して互いに接続されているもしくは直接接続されていることを特徴とする。 In another aspect of the present invention, the photodiodes are dual photodiodes, and for each channel, two cathodes of the dual photodiodes are connected to each other via a capacitor on the optical semiconductor chip. Or it is characterized by being directly connected.

本発明の他の一態様は、複数チャネルに対応する複数のデュアルフォトダイオードを含む光半導体チップと、複数チャネルに対応するトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）を含むＴＩＡＩＣとがフリップチップの形態で基板上に実装され、前記光半導体チップと前記ＴＩＡＩＣとが電気的に接続されている光受信器であって、前記チャネル毎に、前記デュアルフォトダイオードの２つのアノードと前記ＴＩＡの差動入力端子とをそれぞれ接続する２本の信号線路であって、前記２本の信号線路の一方が前記基板の表面上に形成され、前記２本の信号線路の他方が前記基板の内層に形成された２本の信号線路と、前記デュアルフォトダイオードの２つのカソードとバイアス電源供給部とをそれぞれ接続する前記基板の前記基板の内層もしくは基板の表面であって信号線路から、信号線路間隔と比べて離れた位置に形成された２本の電源線路とを備えたことを特徴する。 In another aspect of the present invention, an optical semiconductor chip including a plurality of dual photodiodes corresponding to a plurality of channels and a TIA IC including transimpedance amplifiers (TIAs) corresponding to a plurality of channels are provided on a substrate in the form of flip chips. Mounted on the optical semiconductor chip and the TIA IC electrically connected, and for each of the channels, two anodes of the dual photodiode and a differential input terminal of the TIA. Of the two signal lines formed on the surface of the substrate, and the other of the two signal lines formed in the inner layer of the substrate. An inner layer of the substrate of the substrate which connects the signal line of the dual photodiode, the two cathodes of the dual photodiode, and the bias power supply unit respectively. The present invention is characterized in that it comprises two power supply lines formed on the surface of the substrate and away from the signal line from the signal line.

本発明の別の態様では、さらに前記チャネル毎に、前記電源線路が、前記光半導体チップおよび前記ＴＩＡＩＣの周囲に配置されたことを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, the power supply line is disposed around the optical semiconductor chip and the TIA IC for each of the channels.

本発明の別の態様では、さらに前記チャネル毎に、前記デュアルフォトダイオードの２つのカソードが、前記光半導体チップ上の容量を介して互いに接続されているもしくは直接接続されていることを特徴とする。 Another aspect of the present invention is characterized in that, for each channel, two cathodes of the dual photodiode are connected to each other or directly connected via a capacitor on the optical semiconductor chip. .

本発明の別の態様では、さらに前記基板の表面上に形成された前記信号線路および前記電源線路の少なくとも一部がボンディングワイヤであることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, at least a part of the signal line and the power supply line formed on the surface of the substrate is a bonding wire.

本発明の光受信器は、フリップチップ実装されたＩＣ間を接続する線路がＩＣの入力インピーダンスに対して高インピーダンスとすることで、優れた周波数特性を有する。 The optical receiver according to the present invention has excellent frequency characteristics because the line connecting between flip-chip mounted ICs has high impedance with respect to the input impedance of the IC.

（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る光受信器の上面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＢＢ断面図を示し、（Ｃ）は、本発明の第１の実施の形態に係る光受信器のＯ／Ｅレスポンスの周波数特性例を示す図である。(A) is a top view of an optical receiver according to a first embodiment of the present invention, (B) shows a BB cross-sectional view of (A), and (C) shows a first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the frequency characteristic example of the O / E response of the optical receiver which concerns on embodiment. （Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る光受信器の上面図であり、（Ｂ）は、この光受信器の側面図である。(A) is a top view of the light receiver concerning a 2nd embodiment of the present invention, and (B) is a side view of this light receiver. 本発明の第３の実施形態に係る光受信器の上面図である。It is a top view of the optical receiver concerning a 3rd embodiment of the present invention. （Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施形態に係る光受信器において、線路の一部にボンディングワイヤを用いる構成を示す図である。(A), (B) is a figure which shows the structure which uses a bonding wire for a part of track | line in the optical receiver which concerns on embodiment of this invention. （Ａ）は、従来のワイヤボンディングを用いた光受信器の上面図であり、（Ｂ）は、この光受信器の側面図である。(A) is a top view of the light receiver using the conventional wire bonding, (B) is a side view of this light receiver. （Ａ）は、フリップチップ実装技術を用いた従来の他の光受信器の上面図を示す図であり、（Ｂ）は、この光受信器の側面図であり、（Ｃ）は、この光受信器の周波数特性を示す図である。(A) is a figure which shows the top view of the other conventional light receiver using flip chip mounting technology, (B) is a side view of this light receiver, (C) is this light. It is a figure which shows the frequency characteristic of a receiver.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

（第１の実施形態）
図１（Ａ）に本発明の第１の実施形態に係る光受信器の上面図を示し、図１（Ｂ）に図１（Ａ）のＢＢ断面図を示す。図１（Ａ）に示す光受信器の構成例は、コヒーレント光受信器を示している。このコヒーレント光受信器は、ＤＰＯＨ１１１（ｄｕａｌｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｏｐｔｉｃａｌｈｙｂｒｉｄ：二重偏波光ハイブリッド）および４対のデュアルフォトダイオード１１２から構成される光半導体チップ１１０と、４チャネルのトランスインピーダンスアンプ１３１（ＴＩＡ：ｔｒａｎｓｉｍｐｅｄａｎｃｅａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を搭載するＴＩＡＩＣ１３０を１つのパッケージ基板１４０に実装した形態をとっている。 First Embodiment
FIG. 1 (A) shows a top view of the optical receiver according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1 (B) shows a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 1 (A). The configuration example of the optical receiver shown in FIG. 1A shows a coherent optical receiver. This coherent optical receiver comprises an optical semiconductor chip 110 composed of DPOH 111 (dual polarization optical hybrid) and four pairs of dual photodiodes 112, and a four-channel transimpedance amplifier 131 (TIA: transimpedance amplifier). ) Is mounted on one package substrate 140.

第１の実施形態では、光半導体チップ１１０とＴＩＡＩＣ１３０がフリップチップの形態でパッケージ基板１４０上に実装されている。前述したようにこの光受信器内には４チャネルのデュアルフォトダイオード１１２と４チャネルのトランスインピーダンスアンプ１３１を有しているが、図１（Ａ）では４個のチャネルのうち１個のチャネルのみその内部の構成を表示している。 In the first embodiment, the optical semiconductor chip 110 and the TIA IC 130 are mounted on the package substrate 140 in the form of flip chip. As described above, the optical receiver has four channels of the dual photodiode 112 and four channels of the transimpedance amplifier 131. However, in FIG. 1A, only one of the four channels is used. The internal configuration is displayed.

デュアルフォトダイオード１１２は、アノードＳ１、Ｓ２及びカソードＣＡ１、ＣＡ２がパッケージ基板１４０と接続されている。ＴＩＡＩＣ１３０は、差動入力端子Ｔ１、Ｔ２及びバイアス電源供給端子ＶＰＤ１、ＶＰＤ２がパッケージ基板１４０と接続されている。ＶＰＤ１、ＶＰＤ２は、ＴＩＡＩＣ１３０の外部のバイアス電源供給部と接続される引き出し用端子１３２−１、１３２−２とそれぞれ接続されている。ＣＡ１、ＣＡ２は、ＶＰＤ１、ＶＰＤ２を介さずに直接外部のバイアス電源供給部と接続されてもよい。 In the dual photodiode 112, the anodes S 1 and S 2 and the cathodes CA 1 and CA 2 are connected to the package substrate 140. In the TIA IC 130, differential input terminals T1 and T2 and bias power supply terminals VPD1 and VPD2 are connected to the package substrate 140. VPD1 and VPD2 are connected to lead terminals 132-1 and 132-2 connected to a bias power supply unit outside TIA IC 130, respectively. CA1 and CA2 may be connected directly to an external bias power supply without passing through VPD1 and VPD2.

なお、ＴＩＡ１３１は信号出力端子・電源端子・制御端子・モニタ端子など実際は他にも多数の端子を有しているが、図１（Ａ）では便宜上不図示とした。 Although the TIA 131 actually has a large number of other terminals such as a signal output terminal, a power supply terminal, a control terminal, a monitor terminal, etc., it is not shown for convenience in FIG.

また図１（Ｂ）に示すように、Ｓ１とＴ１、Ｓ２とＴ２を接続する信号線路１２１は、バンプ１５１を介して半導体チップ１１０と電気的に接続するようにパッケージ基板１４０の表面上に形成されている。また、ＣＡ１とＶＰＤ１、ＣＡ２とＶＰＤ２を接続する電源線路１２２は、バンプ１５１と接続したパッドからビア１５２を介してＴＩＡＩＣ１３０と電気的に接続するようにパッケージ基板１４０の内層に形成されている。なお、バンプ１５１およびビア１５２としては、端子Ｓ１、Ｓ２、Ｔ１、Ｔ２、ＣＡ１、ＣＡ２、ＶＰＤ１、ＶＰＤ２の一部に対応するもののみを図示し、その他のビアについては便宜上不図示とした。 Further, as shown in FIG. 1B, the signal line 121 connecting S1 and T1 and S2 and T2 is formed on the surface of the package substrate 140 so as to be electrically connected to the semiconductor chip 110 through the bumps 151. It is done. A power supply line 122 connecting CA1 and VPD1 and CA2 and VPD2 is formed in the inner layer of the package substrate 140 so as to be electrically connected to the TIA IC 130 from the pad connected to the bump 151 via the via 152. As the bumps 151 and the vias 152, only those corresponding to a part of the terminals S1, S2, T1, T2, CA1, CA2, VPD1 and VPD2 are shown, and the other vias are not shown for convenience.

これら信号線路１２１と電源線路１２２との間の距離は、パッケージ基板１４０表面上に形成された信号線路１２１同士間、つまり信号線路１２１−１、１２１−２間の距離よりも長くなるよう配置されている。そのため、信号線路１２１の特性インピーダンスは、より影響の大きい信号線路１２１−１、１２１−２の間隔で概ね決まることになるが、各チャネルにおいて信号線路１２１、電源線路１２２を同じ平面内に設けた場合と比べて、信号線路１２１−１、１２１−２の間隔を広げることが可能になる。これにより、線路１２０を長くすることなく、線路１２０の特性インピーダンスを高くすることができる。 The distance between the signal line 121 and the power supply line 122 is longer than the distance between the signal lines 121 formed on the surface of the package substrate 140, that is, between the signal lines 121-1 and 121-2. ing. Therefore, the characteristic impedance of the signal line 121 is substantially determined by the distance between the signal lines 121-1 and 121-2 having a greater influence, but the signal line 121 and the power supply line 122 are provided in the same plane in each channel. As compared with the case, it is possible to widen the distance between the signal lines 121-1 and 121-2. Thus, the characteristic impedance of the line 120 can be increased without lengthening the line 120.

図１（Ｃ）に、本発明の第１の実施形態に係る光受信器におけるＯ／Ｅレスポンスの周波数特性例を示す。３ｄＢ帯域特性が２０ＧＨｚ以上確保できている様子が確認できる。この例は差動インピーダンス２００Ωの場合の図である。 FIG. 1C shows an example of the frequency characteristic of the O / E response in the optical receiver according to the first embodiment of the present invention. It can be confirmed that the 3 dB band characteristic can be secured at 20 GHz or more. This example is a diagram for a differential impedance of 200 Ω.

（第２の実施形態）
図２（Ａ）に、本発明の第２の実施形態に係る光受信器の上面図を示し、図２（Ｂ）に、図２（Ａ）に示す光受信器の側面図を示す。第１の実施形態では、信号線路１２１をパッケージ基板１４０の表面上に形成する一方、電源線路１２２をパッケージ基板１４０の内層に通すことで、信号線路１２１と電源線路１２２との間隔を取っている。これに対し第２の実施形態では、図２に示すように電源線路１２２を水平方向に迂回させて片側に寄せることで、信号線路１２１と電源線路１２２との間隔を広げる構成としている。これは信号線路１２１と、電源線路１２２や他のグランドとの間隔が広がるほど信号線路１２１のインピーダンスを高くすることができるためである。さらに信号線路１２１と電源線路１２２との間隔を広げるために、電源線路１２２を、光半導体チップ１１０とＴＩＡＩＣ１３０とをチップの下部分で接続するのではなく、これらのチップの周囲を迂回させるように配置してもよい。 Second Embodiment
FIG. 2 (A) shows a top view of an optical receiver according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 2 (B) shows a side view of the optical receiver shown in FIG. 2 (A). In the first embodiment, while the signal line 121 is formed on the surface of the package substrate 140, the power supply line 122 is passed through the inner layer of the package substrate 140 to provide a space between the signal line 121 and the power supply line 122. . On the other hand, in the second embodiment, as shown in FIG. 2, the distance between the signal line 121 and the power supply line 122 is expanded by detouring the power supply line 122 in the horizontal direction and shifting to one side. This is because the impedance of the signal line 121 can be increased as the distance between the signal line 121 and the power supply line 122 or the other ground is increased. In order to further increase the distance between the signal line 121 and the power supply line 122, the power supply line 122 is bypassed around the chips instead of connecting the optical semiconductor chip 110 and the TIA IC 130 at the lower part of the chip. It may be located at

また、各チャネル内において２本の信号線路１２１同士を隣接するように配置し、電源線路１２２を信号線路１２１よりも隣接するチャネルに近い位置に配置することで、チャネル間の高周波分離性能を向上させている。 Further, by arranging the two signal lines 121 adjacent to each other in each channel and arranging the power supply line 122 at a position closer to the adjacent channel than the signal line 121, the high frequency separation performance between the channels is improved. I am doing it.

（第３の実施形態）
図３に、本発明の第３の実施形態に係る光受信器の上面図を示す。図２に示す第２の実施の形態ではＣＡ１、ＣＡ２を独立とすることで、フォトダイオードの電流を個別にモニタすることができる利点があるが、図３に示す第３の実施形態のように、カソードＣＡ１、ＣＡ２を直結して電源線路１２２を１本にすることで、電源線路に必要な領域を小さくし、信号線路１２１と電源線路１２２との間隔をより広くとることができるため、線路１２のインピーダンスをより高くすることができる。 Third Embodiment
FIG. 3 shows a top view of an optical receiver according to a third embodiment of the present invention. In the second embodiment shown in FIG. 2, by making CA1 and CA2 independent, there is an advantage that the current of the photodiode can be monitored separately, but as in the third embodiment shown in FIG. By connecting the cathodes CA1 and CA2 directly to one power supply line 122, the area necessary for the power supply line can be reduced and the distance between the signal line 121 and the power supply line 122 can be increased, so that the line The impedance of 12 can be made higher.

なお、第１〜第３の実施形態のいずれについても、チャネル間の高周波分離性能をさらに改善させるために、光半導体チップ１１０、ＴＩＡＩＣ１３０およびパッケージ基板１４０の各チャネル間に分離用のグランド線路を挿入することもできる。 In any of the first to third embodiments, in order to further improve the high frequency separation performance between the channels, a ground line for separation is provided between each channel of the optical semiconductor chip 110, the TIA IC 130, and the package substrate 140. It can also be inserted.

また、第１〜第３の実施形態において、同一面上に水平方向に並列に形成した信号線路１２１−１、１２１−２のいずれか一方をパッケージ基板１４０の内層に配置することもできる。このように垂直方向に信号線路１２１−１、１２１−２を構成することにより、チャネル間の信号線路１２１の間隔を広げることもできる。同様に、電源線路１２２も一方をパッケージ基板１４０の表面上に配置し、他方をパッケージ基板１４０の内層に配置し、それら２本の電源線路１２２をチャネル内の片側に寄せて配置することで、信号線路１２１と電源線路１２２との間隔を広くすることができる。 In the first to third embodiments, any one of the signal lines 121-1 and 121-2 formed in parallel in the horizontal direction on the same surface can be disposed in the inner layer of the package substrate 140. By thus configuring the signal lines 121-1 and 121-2 in the vertical direction, the distance between the channels of the signal lines 121 can also be increased. Similarly, one of the power supply lines 122 is disposed on the surface of the package substrate 140, the other is disposed on the inner layer of the package substrate 140, and the two power supply lines 122 are disposed closer to one side in the channel. The distance between the signal line 121 and the power supply line 122 can be increased.

さらに、第１〜第３の実施形態において、パッケージ基板１４０の表面上に形成された線路については、図４（Ａ）、（Ｂ）のように線路１２０の一部にボンディングワイヤ１６０を併用することも可能である。図４（Ａ）では、フリップチップを実施する前にパッケージ基板１４０の表面上に形成した線路１２０の一部をボンディングワイヤ１６０で接続することもできる。また、図４（Ｂ）では、フリップチップの裏面にバンプ１５１を設けているが、光半導体チップ１１０とＴＩＡＩＣ１３０との接続はボンディングワイヤ１６０のみで接続してもよい。ボンディングワイヤ１６０を用いると、基板上にパターニングするのと比較して線路幅を狭くでき、また線路の周囲を誘電率の低い空気にできるため高いインピーダンスを実現しやすい。 Furthermore, in the first to third embodiments, with respect to the line formed on the surface of the package substrate 140, the bonding wire 160 is used in combination with a part of the line 120 as shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B). It is also possible. In FIG. 4A, a part of the line 120 formed on the surface of the package substrate 140 can be connected by the bonding wire 160 before the flip chip is implemented. Further, in FIG. 4B, the bumps 151 are provided on the back surface of the flip chip, but the connection between the optical semiconductor chip 110 and the TIA IC 130 may be made only by the bonding wire 160. When the bonding wire 160 is used, the line width can be narrowed as compared to patterning on the substrate, and since the air around the line can be made to have low dielectric constant, high impedance can be easily realized.

また、第１〜第３の実施形態では、ＴＩＡ１３１は差動型とし、フォトダイオードもデュアルフォトダイオード１１２としているが、ＴＩＡ１３１は必ずしも差動型で無くてもよく、ＴＩＡ１３１が差動型で無く、デュアルフォトダイオード１１２は単一のフォトダイオードとしてもよい。そのときは、信号線路、電源線路はそれぞれ１本となる。 In the first to third embodiments, the TIA 131 is a differential type, and the photodiode is also a dual photodiode 112. However, the TIA 131 may not necessarily be a differential type, and the TIA 131 may not be a differential type. The dual photodiode 112 may be a single photodiode. At that time, one signal line and one power supply line are provided.

１１０、２１０光半導体チップ
１１１、２１１ＤＰＯＨ
１１２、２１２デュアルフォトダイオード
１２０、２２０線路
１２１、２２１信号線路
１２２、２２２電源線路
１３０、２３０ＴＩＡＩＣ
１４０、２４０パッケージ基板
１５１、２５１バンプ
１５２ビア
１６０ボンディングワイヤ 110, 210 Optical semiconductor chip 111, 211 DPOH
112, 212 dual photodiode 120, 220 line 121, 221 signal line 122, 222 power line 130, 230 TIA IC
140, 240 package substrate 151, 251 bump 152 via 160 bonding wire

Claims

An optical semiconductor chip including a plurality of photodiodes corresponding to a plurality of channels and a TIA IC including a plurality of transimpedance amplifiers (TIAs) corresponding to a plurality of channels are mounted on a substrate in the form of flip chip, and the optical semiconductor chip An optical receiver in which the TIA IC and the TIA IC are electrically connected, and for each channel,
A signal line formed on the surface of the substrate, which connects the anode of the photodiode and the input terminal of the TIA, respectively;
A power supply line formed on a surface of the substrate or the inner layer of the substrate which connects the cathode of the photodiode and the bias power supply unit, respectively, at a position away from the signal line with respect to the signal line interval An optical receiver characterized by comprising.

The photodiode is a dual photodiode, and for each channel, two cathodes of the dual photodiode are connected to each other or directly connected via a capacitor on the optical semiconductor chip. The optical receiver according to claim 1.

An optical semiconductor chip including a plurality of dual photodiodes corresponding to a plurality of channels and a TIA IC including a transimpedance amplifier (TIA) corresponding to a plurality of channels are mounted on a substrate in the form of flip chip, An optical receiver electrically connected to the TIA IC, wherein for each channel:
Two signal lines respectively connecting two anodes of the dual photodiode and the differential input terminal of the TIA, wherein one of the two signal lines is formed on the surface of the substrate; Two signal lines, the other of which is formed in the inner layer of the substrate;
2 formed on the inner layer or surface of the substrate of the substrate connecting the two cathodes of the dual photodiode and the bias power supply unit respectively and at a distance from the signal line as compared to the signal line distance 2 An optical receiver comprising: a book power supply line.

4. The light receiver according to claim 3, wherein for each channel, two cathodes of the dual photodiode are connected to each other or directly connected via a capacitor on the optical semiconductor chip. .

The optical receiver according to any one of claims 1 to 4, wherein the power supply line is disposed around the optical semiconductor chip and the TIA IC for each of the channels.

The optical receiver according to any one of claims 1 to 5, wherein at least a part of the signal line and the power supply line formed on the surface of the substrate is a bonding wire.