JP4711029B2 - 光通信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信のための光送受信器、光受信器に関する。特に、小型で低コストの光送受信器、光受信器を提供する事を目的とする。ここでは時に光送受信器、光受信器を光通信装置と総称する。送信・受信の両機能をもつ送受信器においては、送信器側の電気・光信号が受信側に混入する可能性がある。複数の受信器を有する装置では隣接受信部の電気・光信号が受信部に混入する可能性がある。これをクロストークと言う。これは受信部ではノイズとなるので、できるだけ排除しなければならない。
【０００２】
クロストークには電気的ものと光学的なものがある。送受信器を小型にするには電気的、光学的クロストークを抑制する必要がある。本発明は送信・受信部の電気的、光学的クロストークを効果的に抑制することによって小型化、低コスト化を実現できる光通信装置を提供する。
【０００３】
【従来の技術】
図１はもっとも普及している光送受信器の概念図である。光源である半導体レ−ザ（ＬＤ）１も受信器であるフォトダイオード（ＰＤ）２も個別に金属ケースに納められている。ＬＤ１、ＰＤ２は光ファイバ３、４によって局側に接続されている。ＬＤ１、ＰＤ２はピン９、９によって配線基板５の適当な配線パターンに接続される。また配線基板５には送信用電子回路６と受信用電子回路７が設けられる。
【０００４】
送信側と受信側の間での電気的なクロストークを防ぐため、送信用電子回路６と受信用電子回路７の間に金属遮蔽板８が設けられる。これが電子回路６、７の間をシールドする。配線基板５はいわゆるプリント基板であり、自由なグランドパターンを形成することができる。金属遮蔽板８も自由にグランドに落とす事ができる。また、この構成では、ＬＤ１とＰＤ２がそれぞれ金属ケースに入っているため、光が外に漏れない。つまり光学的電気的クロストークを低減することができる。クロストーク抑制という点では優れた送受信器である。
【０００５】
しかし、この構造では、大きさがこれ以上小さくならないし、コストが下がらないという欠点がある。ＰＤチップ、ＬＤチップを金属パッケージに収容したＰＤモジュール、ＬＤモジュール自体が大きいし、配線基板５に、電子回路６、７を実装するから嵩高い装置になる。また金属ケースに収容したＰＤ、ＬＤモジュールはコスト高である。そのようなわけで図１のような装置では小型化、コスト削減に限界がある。
【０００６】
これを解決するために、最近ＳｉのＶ溝を使ってファイバの固定を行い、基板上にＳｉＯ２を絶縁層として形成し、この上に配線用メタライズパターンを形成して、小型かつ低コストの光送受信器を構成することが考えられている。例えば次のようなレポートに提案されている。
【０００７】
▲１▼ 高橋龍太、村上和也、須永義則、所武彦、小林雅彦「ＳＦＦ光トランシーバ用光素子実装方法の検討」１９９９年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、講演番号Ｃ−３−２８、ｐ１３３（１９９９）。
【０００８】
図２にその構造を示す。平坦なＳｉ基板１０上の後半部にＳｉＯ２絶縁層１１を形成する。Ｓｉ基板１０の前半には平行な２本のファイバ固定用Ｖ溝１２、１３が形成される。Ｖ溝１２、１３に送信用光ファイバ１４、受信用光ファイバ１５が固定される。ＳｉＯ２絶縁層１１には金などの電極パターン１６、１８、１９が形成されている。これらのパターンはデバイスチップを搭載したり配線になったりする。光ファイバ１４の手前のパターン１８にはＬＤチップ２２が、光ファイバ１５の直前のパターン１９にはＰＤチップ２３が実装される。ＬＤ２２の後ろのパターン１６にはモニタＰＤ７０が搭載される。
【０００９】
ＬＤ２２は電流に応じた送信光を発生する。送信光は光ファイバ１４の中を局側へ伝搬する。局側から送られてきた信号光（受信光）は光ファイバ１５からＰＤ２３に入り光電流に変換される。さらにモニタＰＤ７０がＬＤの背後に設けられ、ＬＤパワーを監視するようになっている。図２において破線２６より上方が送信器、破線２６より下が受信器である。
【００１０】
これはＳｉ基板１０上に、ファイバ固定溝１２、１３、ＬＤ／ＰＤ用固定電極パターン１８、１９、モニタＰＤ用固定電極パターン１６などを一気に形成できる。光ファイバ、ＬＤ、ＰＤなどの部品を調芯しなくても、精度良く部品実装できる。全体に小型化できて非常に工業的な価値のある製品となる可能性がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、送信器、受信器間が絶縁板で遮断されている図１の装置と、遮断部材のない図２を比べれば分かるように、図２では電気的なクロストークが大きい。どうやって送受信間の電気的クロストークを低減するかが課題となる。もちろん、複数の送信器を並べたときや、複数の受信機を並べたときも、各チャンネル間のクロストークが問題になる。
【００１２】
しかし、もっとも深刻な問題になるのは、送信器と受信器を一つの基板に一体化するときである。送信器のＬＤには繰り返し周波数の高い、強いパルス電流が流れる。受信器側はインピーダンスが高い回路である。静電容量を介して送信信号の一部が受信器側にノイズとして入ってしまう。電気的な送受信器間のクロストークについて詳しく説明する。
【００１３】
図２において破線２６は両者の境界線である。これを送信側から信号が電気的、光学的に受信側へ漏れることによって受信側にノイズが入る。これがクロストークである。このように光ファイバが２本あって光路が別別になったものは光学的なクロストークは少ないが電気的なクロストークは重要な問題を提起する。ＬＤ２２に流れる繰り返し数の高いパルス信号は電磁波となって受信器側へ飛ぶ。受信器側はＬＤ２２に流れる送信信号を受信してしまう。これは空間伝搬する電磁波によって引き起こされるクロストークである。
【００１４】
送信器からの大電流クロストークが微弱信号を受信する受信器のノイズとなる。複数の受信器間でもクロストークはあるが弱い。ところが送信器・受信器の間のクロストークは起こり易い。したがって、以下では特に重大な問題となる光送受信器を例にとって説明する。
【００１５】
普通に考えれば、クロストークを抑制するには送信器部分と受信器部分での電磁波を遮断すればよい。そのためには送信器と受信器の間に金属板を立てて、これをＳｉＯ２上に形成したグランド用メタライズに接続すればよいと考えられる。それは例えば、
【００１６】
▲２▼ 石井園美、野村剛彦、伊澤敦、岩瀬正幸、「ＭＴ−ＲＪ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｂ Ａｓｓｅｍｂｌｙのクロストーク解析」２０００年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、講演番号ＳＣ−３−７，ｐ３５２（２０００）
によって提案されている。これはＰＤだけの受信器、ＬＤだけの送信器部分の二等分線（破線２６）にそってＳｉ基板上面を切り欠き帯状の金属板を立てたものである。図１と同様のことで金属板によって空間を伝搬する電磁波を吸収するようにしている。
【００１７】
その発想の基礎になるものは、送信部から受信部へ電磁波として送信信号が飛び、それがクロストークを起こすのだから電磁波を遮断すればよい、という発想である。強力な電波、電流を発生する駆動用ＩＣはこの装置には存在しない。微弱な電磁波をも感知する増幅器も存在しない。駆動用ＩＣと増幅器の不在が電気的クロストークの問題を軽減している。同じＳｉ基板に駆動用ＩＣと増幅器がある場合に強いクロストークが初めて深刻な問題を投げかけるのである。▲２▼はそのような構造ではないから真の問題が何であるか？未だ分かっていないと言えよう。
【００１８】
▲２▼の提案している金属板によって電磁波の伝搬を防ぐ、というのは常套的な手段である。▲２▼もその常識にそった改良を述べているにすぎない。図１に示すプリント基板の中央に金属遮蔽板８を設けたというのと大同小異である。
【００１９】
しかし図１の場合の基板はプリント基板であって基板自体はエポキシ樹脂などの絶縁体である。図２の表面実装の場合、基板はＳｉ基板であり絶縁体でない。だから空間伝搬する電磁波だけでなく、基板を伝わる電流もクロストークを引き起こす。基板自体にそのような根本的な相違がある。だから図２の装置において境界線２６に金属板を立てるだけではクロストーク克服のためには十分でない。
【００２０】
つまり平面実装において用いられるＳｉＯ２／Ｓｉ基板に特有の問題がある。Ｓｉ基板はエッチングによってＶ溝を正確に形成できるなどの利点があり、酸化するとＳｉＯ２絶縁体になるという便利さがある。しかしプリント基板と違い、Ｓｉ基板は電気を通すので図１の装置にはない欠点がある。
【００２１】
［仮想例］
電気的クロストークの問題をより尖鋭に考えるために次の仮想例を想定する。受信部にはＰＤと増幅器が含まれ、送信部にはＬＤと駆動用ＩＣが含まれるものとする。実際にはこのような公知技術は存在しないが、本発明の直面する問題を明確にするために、この装置の欠点を考察しよう。
図３は、この仮想例の光ファイバコアとＰＤ又は光ファイバとＬＤの断面を表す縦断面図である。これらの光素子（ＬＤ又はＰＤ）の後ろに電気的素子２７（駆動用ＩＣ又は増幅器のこと）がある。図３の横に拡大断面を示す。これはＳｉ基板１０の上に絶縁層２９があり、電極パターン２８があって、その上に電気的素子２７が搭載されているということである。Ｓｉ基板１０は半導体であるが導電性がかなり高くて電流を流すことができる。Ｓｉ基板１０と電気的素子２７の間には絶縁層２９（例えばＳｉＯ２）があって直流電流は遮断できる。しかし静電容量があるから高周波電流は流れてしまう。だから強いＬＤのパルス信号が、ＬＤ−絶縁層−Ｓｉ基板−絶縁層−ＰＤという経路を経てＰＤに伝搬する。これが電気的クロストークを生ずる。
【００２２】
図４は横方向にＳｉ基板を切った仮想例の断面を示す。境界線２６の右が送信側、左が受信側とする。パターン１６の上にＬＤ駆動用ＩＣ２４が、その横のパターン１７にＰＤ信号を増幅する増幅器２５が設けられる。電極パターン１６、１７、２０、２１とＳｉ基板１０の間にはＳｉＯ２絶縁層１１がある。絶縁層１１は薄いので電極パターン２０、１６、１７、２１とＳｉ基板の間に等価的な容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を形成する。
【００２３】
Ｓｉ基板１０は導体のようなものであり電流が通る。だから容量の間には、等価的な抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が存在する。矢印のように送信側の駆動用ＩＣ２４の信号、パターン２０の駆動信号が、容量、抵抗を経て、受信側の増幅器２５まで伝達される。これがもう一つの電気的なクロストークである。
【００２４】
高い繰り返しのパルス信号であるから、容量のインピーダンス１／ｊωＣが小さくて、ここでは減衰しない。Ｓｉ基板の抵抗も低いから減衰量はわずかである。送信器・受信器間の距離が大きいと抵抗Ｒ３を大きくできる。しかし全体を小型のモジュールとするためには送信器・受信器間の距離を広くできない。つまり抵抗Ｒ３、Ｒ２、Ｒ１は小さい値の抵抗になる。受信器側は増幅率の大きいインピーダンスの高い増幅器ＩＣを持っている。だから送信器側の電気信号が容量、抵抗を通じて受信器側へと伝わる。このようにＳｉ基板を電流として伝わることによるクロストークの存在は本発明者が初めて気付いたものである。
【００２５】
前記の▲２▼の改良は基板の上を飛ぶ電磁波による送受信器間の結合を防ぐことができるが、基板の下を通る電流による送受信器間の結合については無効である。
【００２６】
つまり基板をなすＳｉは完全な絶縁物ではなく、半導体である。つまり幾らか電流を通す。絶縁層（ＳｉＯ２）は高周波電流を通す。絶縁層（ＳｉＯ２）１１を挟んだコンデンサＣ１〜Ｃ４と、中途半端な抵抗Ｒ１〜Ｒ３を有するＳｉ半導体基板１０の組み合わせで、金属遮蔽板の下をノイズが自在にくぐり抜けるのである。▲２▼は基板上部の電磁波結合を遮断できるが、基板下部の電流結合には全く効力がない。▲２▼の創作者は基板下部のＲ、Ｃを通る電流結合には気付いていないようである。
【００２７】
実際にはＳｉ基板は導電性があり基板下部の電流結合が大きい。本発明者は、▲２▼のようにＳｉ基板の中心線２６にそって浅い溝を掘り金属板を立てるだけでは不十分だ、ということに気付いた。基板下部の電流結合に着眼し、これを克服するように工夫を凝らすべきである、と思う。
【００２８】
仮想例の構造において、二本の光ファイバの延長線上にＬＤ、ＰＤ及び駆動用ＩＣ２４、増幅器２５が設けられる。光ファイバ間が狭くなると、送信部駆動用ＩＣと受信部の増幅器が接近してくる。光ファイバ間隔と、ＩＣ・増幅器間隔は比例して狭くなる。すると電磁波による上方混信も、電流による下方混信（クロストーク）もともに増大してくる。
【００２９】
特に最近は、ファイバ間隔が狭くなってきており、例えば先行例では、６．２５ｍｍとか、４．５ｍｍとか、極最近では１ｍｍ以下に狭くなっている。さらには、０．１２５ｍｍという目標が立てられている。そのように、送受信間が近接しつつあり、その趨勢はなお続きそうである。ますますクロストーク抑制は焦眉の問題となりつつある。本発明の目的は、送受信間、あるいは複数の受信器間の電気的クロストークを効果的に抑制する機構を提供することである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｓｉ基板上の受信部や送信部を分ける境界線に沿って適数の開口部を設けて、リードフレームのベースメタルにＳｉ基板を張り合わせ、開口部に嵌入する脚部を持つ導電体遮蔽板を差し込んで、Ｓｉ基板の下のベースメタルに遮蔽板の脚部を接合させる。
【００３１】
遮蔽板は送信部、受信部の間にあってＬＤ光を遮断する。だから本発明の遮蔽板は光学的クロストークの排斥という優れた効果がある。光学的ノイズの排除は分かりやすい作用であり、これ以上説明する必要はないだろう。電気的ノイズについてはやや難しいので説明する。
【００３２】
リードフレームのベースメタルはグランドであるから、遮蔽板はグランドにつながれる。つまり受信部、送信部はグランド電位の遮蔽板やベースメタルによって仕切られるということになる。グランド電位部材によって、受信部の全体を囲むのではないが、受信部の底部と側面を囲む。だから隣接する送信部や受信部からの電気的なノイズを遮断することができる。
【００３３】
遮蔽板の役割は三つある、ということに注意すべきである。光を遮断、電磁波を遮断、電流を遮断するという３つの作用である。光の点は容易にわかるから、電磁波、電流について述べる。
【００３４】
基板より上方に突出した部分は送信部から受信部へ、或いは受信部から受信部へと電磁波によってノイズが空間伝搬するのを防ぐ。基板内部に埋設される部分は電流によって受信部へ伝搬される信号を遮断する。基板を伝わる電流によるノイズを遮断するために遮蔽板を基板の中の方へと差し込むようにしている。それによって図４のような基板中の等価抵抗Ｒ２が遮蔽板によって切断されたようになる。Ｒ２がグランド電位の遮蔽板で切断されるからＲ２が無限大になる。だから電流によるノイズをカットすることができる。
【００３５】
電磁波ノイズと電流ノイズの両方を遮断するのである。空中伝搬する電磁波ノイズだけなら前記の公知技術▲２▼と同じことである。本発明はそれに留まらず基板中を伝わる電流によるノイズをも効果的に抑制できる。それが優れた新規な特徴である。
【００３６】
以上が本発明の骨子である。本発明の実施を容易にする要因が従来の表面実装技術に内在している。それは本発明にとって好都合なことである。それを述べよう。
【００３７】
表面実装の場合、Ｓｉ基板はグランド強化のために、リードフレームのベースに導電性樹脂で固定されることが多い。リードフレームをプラスチックモールドして素子として仕上げるようになっている。リードフレームは不可欠であり、リードフレームのベースメタルにＳｉ基板を接着するのは通常なされている。そういう好都合なバックグランドがある。
【００３８】
Ｓｉ基板はベースメタルに接合されるので本発明はそのベースメタルを利用する。Ｓｉ基板に受信部、送信部の境界に沿って穴をあけ、穴に遮蔽板の脚を差し込んで脚先をベースメタルに接着させ、遮蔽板をグランドとする。だから新たに加わる工程は、Ｓｉ基板の境界線にそって開口部を穿つこと、遮蔽板を差し込むこと、遮蔽板の脚をベースメタルに接合することだけである。
【００３９】
そもそもなぜ、Ｓｉ基板を用いるかというと、半導体のフォトエッチング技術を使って狭い間隔でも精度良くファイバ固定溝を形成することができ、これに合わせてＬＤ／ＰＤも精度良く配置できるからである。
【００４０】
ということは、位置決めの機能がしっかり存在すれば、必ずしも、全面がフラットな板でなくてもよいということである。そこで本発明は、送信部、受信部の境界に当たるＳｉ基板のあちこちの部位に開口部を設けて遮蔽板を通し脚をベースメタルに導通させてグランドを強化する。
【００４１】
【発明の実施の形態】
本発明は、送信器と受信器を同一のＳｉ基板の上に実装した送受信モジュールにおいて最も有効である。送信器は強い電流、電磁波を発生し、受信部はインピーダンスが高く感受性が高くてノイズに弱いからである。しかし、複数の受信器を同一のＳｉ基板に並べた複数受信器のモジュールの場合にも本発明は有効である。受信器とそれ以外の何らかのノイズ源を含む装置の全てに本発明を適用することができる。
【００４２】
グランド部材は、リードフレームのベースメタルと境界線にそう遮蔽板である。これは最低限必要な部材である。それ以外にも遮蔽板を追加してクロストーク削減をよりいっそう徹底することも可能である。追加遮蔽板としては、例えば境界遮蔽板の上に取り付けた屋根型遮蔽板が有効である。屋根型遮蔽板は主に空間を電磁波として伝搬するノイズの遮断に効果的である。
【００４３】
さらに境界遮蔽板とは反対側において受信部、送信部を囲むような外殻遮蔽板を設けてもよい。それは外部ノイズをカットするのに有効である。隣接送信部から外に出て外部で反射した電磁波を遮断するという効果もある。つまり遮蔽板に関して
【００４４】
（１）境界遮蔽板…受信部、送信部などの境界に立てられベースメタルに接地
【００４５】
（２）屋根型遮蔽板…境界遮蔽板や、外殻遮蔽板の上に載せられ受信部、送信部の屋根となる
【００４６】
（３）外殻遮蔽板…受信部、送信部などの外殻に立てられベースメタルに接地
【００４７】
の３種類が区別されよう。その内（１）は本発明において必須である。これは電磁ノイズ、電流ノイズの両方をカットするという優れた作用がある。（２）、（３）は電磁ノイズ（電波：電磁波）を遮断するのに有効であるが本発明では必須でない。（１）と（２）だけの場合はＴ字型のシールド構造、あるいはΓ型のシールド構造となる。（３）の外殻遮蔽板は、矩形状の囲みを作り、より安定な骨格を形成する。
【００４８】
遮蔽板は導電性の板部材であればよい。たとえば、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、アルミ（Ａｌ）、コバール（Ｋｏｖａｒ）、真鍮などを用いることができる。
Ｓｉ基板にうがつ開口部の形状は遮蔽板の脚部の形状と雌雄の関係にある。遮蔽板の脚部が櫛の歯状であれば、Ｓｉ基板開口は帯状穴を点在させたものとなる。遮蔽板の脚部が丸棒状であればＳｉ基板の開口は丸穴を点在させたものとなる。遮蔽板の脚部が広い帯状であれば、開口部は長い帯状の穴となる。
【００４９】
【実施例】
［実施例１（櫛歯状脚部をもつ遮蔽板；光ファイバタイプ）］
図５、図６によって第１の実施例を説明する。図５はリードフレームの外周部を省略した平面図と遮蔽板の側面図、図６は電気的素子（増幅器、駆動用ＩＣ）を通る面で切断した縦断面図である。図５において右側には境界遮蔽板を図示している。平面図の一部でないから注意すべきである。リードフレームというのは金属の薄い板を打ち抜きによって作製した部材で様々の形状の物がある。概して言えば中心にベースメタルがあり、それから多数のリードピンが放射状に出ており外周部にはそれらを束ねる四角枠がある、といった形状である。中心分のベースメタルにＳｉ基板を載せた状態で全体を樹脂モールドして製品とする。だから平面図を描くとリードピンが放射状に伸びた部分が続くのであるが図５はその部分を省略した平面図となっている。
【００５０】
薄い矩形状のＳｉ基板３０が基台となる。Ｓｉ基板３０の後方半分程度を酸化或いはスパッタリングによって形成したＳｉＯ２絶縁層３１によって覆う。Ｓｉ基板３０の前半部には平行２本のＶ溝３２、３３が異方性エッチングによって穿たれている。このＶ溝３２、３３に光ファイバ３４、３５を挿入固定する。光ファイバ３４は送信光用、光ファイバ３５は受信光用の光ファイバである。Ｓｉ基板後半の絶縁層３１によって被覆された部分に印刷あるいはリソグラフィによって電極パターン３６〜３９と配線パターン４０、４１が形成される。
【００５１】
送信光用光ファイバ３４の延長上の電極パターン３８にはＬＤ４２が取り付けられる。その背後の電極パターン３６には駆動用ＩＣ４４が設けられる。
受信光用光ファイバ３５の延長上の電極パターン３９にはＰＤ４３が取り付けられる。その背後の電極パターン３７には増幅器４５が設けられる。図５において中心線から左が送信部Ｂ、右が受信部Ｃである。中心線が両部分の境界線となる。境界線に沿ってＳｉ基板面に細い長方形状の開口部４６が複数個穿たれる。開口部４６はＳｉ基板の全厚みを貫く穴である。つまり開口部４６は全て貫通穴である。
【００５２】
ＬＤ４２の下面の電極パターン３８と駆動用ＩＣ４４の上面電極はワイヤ６３によって接続される。ＬＤ４２の上面電極と配線パターン４０がワイヤ６１によって接続される。配線パターン４０と駆動用ＩＣ４４の上面電極はワイヤ６２によってつながれる。
【００５３】
ＰＤ４３の下面の電極パターン３９と増幅器４５の上部電極がワイヤ６６によって接続され、ＰＤ４３の上面電極はワイヤ６４で配線パターン４１につながれる。パターン４１はワイヤ６５によって増幅器４５の上部電極と接続される。
【００５４】
送信部Ｂ、受信部Ｃを隔てるため境界線に立てる部材が境界遮蔽板４７である。遮蔽板は空間を伝搬する電磁波を遮断するための高さを持っている。遮蔽板４７は脚部４８を境界線上の開口部４６に差し込むことによって固定される。間欠的に穿たれた開口部４６に対応して境界遮蔽板４７は櫛歯状脚部４８を有する。
【００５５】
脚部４８の櫛の歯のピッチは、開口部４６のピッチに等しい。櫛の歯の山の長さは開口部４６の一つの穴の長さに等しい。遮蔽板４７の厚みは、開口部４６の幅にほぼ等しい。開口部４６の穴の数は、遮蔽板４７脚部の櫛歯の数に等しいか、それ以上である。また遮蔽板４７の櫛の歯の高さはＳｉ基板の厚みにほぼ等しい。
【００５６】
だからＳｉ基板の裏面にリードフレームのベースメタル５１をはりつけた状態で、開口部４６に脚部４８を全部差し込むと脚部４８の下端はリードフレームのベースメタル５１に届く。そこで脚部４８をベースメタルに半田付け、鑞づけなどによって接着する。ベースメタル５１はグランド電位に保持されるので、遮蔽板４７もグランド電位になる。
【００５７】
本発明は少なくとも１枚の遮蔽板を境界線上に設けるということを条件とする。ＬＤ４２から出た光の一部は、光ファイバ端やその他の部材などで散乱されＰＤ４３に入る可能性があるが、それを遮蔽板が防ぐ。これは光学的クロストークの遮蔽である。それはわかりやすい本発明の直接の効果である。
【００５８】
本発明はそれに加えて電気的なクロストークの排除という作用をもっている。境界遮蔽板４７は、送信部Ｂから受信部Ｃへ向かう電磁波、電流の両方を遮断する。つまり境界遮蔽板４７は、受信部Ｃが送信部Ｂの電気的影響を受けないように保護している。遮蔽板が電磁波を遮蔽するというのは図６の断面図を見ればよく分かる。電流を遮断するということもわかる。図６では遮蔽板４７の脚部４８を含む面で切断したものを示すからＳｉ基板を流れる電流が遮蔽板を通らないということは直観的に理解できよう。これについては後にもう一度説明する。
【００５９】
これだけでも良いのであるが、この実施例ではさらにこれとは異なる２種類の遮蔽板を追加している。図６の縦断面図を見るとわかるが、境界遮蔽板４７と平行で同じ高さの外殻遮蔽板４９、４９を設けている。これはＳｉ基板３０の外側のベースメタル５１の面に半田付けや鑞付けすることによって保持している。
【００６０】
受信部Ｂと送信部Ｃの分離という点では外殻遮蔽板４９の作用はあまり重要でない。境界遮蔽板４７と外殻遮蔽板４９だけでも良いのである。それはそうなのであるが、ここではさらに境界遮蔽板４７と外殻遮蔽板４９の上に屋根遮蔽板５０を乗せている。これらは半田付けなどによって強固に結合される。外殻遮蔽板４９は電磁的遮蔽というだけでなく屋根遮蔽板５０を安定に保持するという構造材、補強材としての役割をも持っている。
【００６１】
図６に見るように、送信部Ｂは側方上方の三方を遮蔽板４９、５０、４７によって囲まれる。下方は金属製のベースメタル５１によって囲まれる。つまり送信部Ｂは四方を金属の遮蔽部材によって包囲されている。前後は抜けているのであるが、内部に接着剤などを充填する必要があり、前後方向に空間が連通するようにしなければならない。
【００６２】
このような空間的な遮蔽構造が光学的なクロストークに直接の効果があるのは明白である。ＬＤからの散乱光や迷光が空間を伝搬してＰＤに至る可能性は遮蔽板のために著しく低減する。Ｓｉ基板は１．３μｍ光、１．５５μｍ光に透明であるが、Ｓｉ基板の大半は遮蔽板の脚部によって遮蔽されるのでＳｉ基板内部を通る散乱光をも遮断できる。光学的クロストークの他に電気的クロストークがある。本発明の機構は電気的クロストークの排除においても効果がある。これは光学的なものに比較して分かりにくいので特に詳しく説明する。
【００６３】
送信部Ｂの駆動用ＩＣ４４やＬＤ４２は強い電磁波と電流を発生する。電磁波は空間伝搬するものであるが、四方の遮蔽部材によって阻まれ外部に出ない。交流電流は中央の境界遮蔽板によって遮断される。電磁波の遮断のために四方を囲むというのはよくなされるが、中央の遮蔽板４７は電流をも遮断しており、これが斬新な機構となっている。
【００６４】
受信部Ｃは、側方と上方を遮蔽板５０、４９、４７によって囲まれる。底部はベースメタル５１で囲まれる。つまり、これも四方を金属の遮蔽部材によって包囲されている。これには送信部や外部からの電磁波（電波）から受信部Ｃを保護する作用がある。受信部Ｃにも接着剤を充填する必要があり、遮蔽部材は前後が開いている。
【００６５】
図７はそのような効果を説明するための縦断面図である。送信部Ｂと受信部Ｃの間に遮蔽板４７がありＳｉ基板３０の下底にベースメタル５１がある。ベースメタル５１、遮蔽板４７は電気的に接続されグランド電位となっている。Ｓｉ基板と素子、パターン間には静電容量が形成される。Ｓｉ基板内部にも等価抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を想定できる。しかし等価抵抗Ｒ２は中央の遮蔽板４７によって遮断されている。つまりＲ２の抵抗値は無限大となる。だから送信部Ｂから受信部Ｃへの交流電流によるノイズを遮蔽板がカットすることができる。
【００６６】
図７は、脚部を含んだ部位の断面図であり、実施例１は櫛歯状脚部をもつから歯のない部分ではＳｉ基板は左右連続する。しかし、その場合でも境界線では電位はほぼ０になり電流は流れにくい。電流抑制効果はかなり大きいものである。通過電流を完全に除去するには後に述べる実施例３を利用するとよい。
【００６７】
ノイズの問題は定量的理論的な議論が難しい。経験的、実験的に定めるしかない。Ｓｉ基板は導体であるから、その裏面にグランドであるベースメタルを付けているのでＳｉ基板もグランド電位の筈である。だから図４の仮想例のようにＳｉ基板を流れる交流電流によってノイズが送信部から受信部へ伝達されるということ自体が分かりにくい。これは本発明者が初めて指摘した問題である。
【００６８】
Ｓｉ基板は導体でグランド電位だということに間違いはないが、Ｓｉは半導体であり金属に比べ抵抗が高い。だから安定な信頼できるグランドではない。不安定な頼りないグランドだということができる。抵抗が高いためにＳｉ基板の底面がたとえベースメタルに接触していたとしてもＳｉ基板表面には電場勾配ができ電流が流れてしまう。だから図４の仮想例のような等価回路が成立する。本発明は図７のように遮蔽板で電流を切るからＳｉ基板中の電流によるノイズをも効果的に防ぐことができる。
【００６９】
そのような送受信モジュールの製造方法を述べる。厚さ１ｍｍのＳｉ基板３０の後半部に、絶縁用のＳｉＯ２層（厚さ１μｍ前後）３１を酸化法、スパッタリング法などによって形成する。異方性エッチングによってファイバ固定のＶ溝３２、３３を穿つ。ＬＤ４２、ＰＤ４３あるいは電子回路素子４４、４５を実装するメタライズパターン３６〜４１を印刷法、蒸着法によって形成する。さらに、超音波加工で、遮蔽板固定用開口部（短冊穴）４６を複数個形成しておく。この上に、光ファイバ３４、３５以外の部品（ＬＤ４２、ＰＤ４３、駆動用ＩＣ４４、増幅器４５）をＳｉ基板３０上に実装してゆく。
【００７０】
次に、例えばＦｅ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｋｏｖａｒ、真鍮などの板を櫛の歯状に加工して脚部４８を設けた遮蔽板４７を作製する。遮蔽板４７の脚部４８を開口部４６に挿入する。Ｓｉ基板３０の裏面にリードフレームのベースメタル５１を導電性ペーストで固定する。このとき同時に遮蔽板４７の脚部４８も導電性ペーストによってベースメタル５１に接合固定される。
【００７１】
遮蔽板としては、境界に設ける遮蔽板４７が最も効果が大きく必須である。が、より効果を高めるために、外殻遮蔽板４９や屋根遮蔽板５０を加えてゆくと良い。
外殻遮蔽板４９は単純な矩形金属板で下底部をベースメタル５１に接合する。屋根遮蔽板５０は境界遮蔽板４７、外殻遮蔽板４９の頂部に導電性ペーストによって接合する。
【００７２】
ついでＶ溝３２、３３に光ファイバ３４、３５を挿入し接着剤によって固定する。光ファイバ３４のコアはＬＤ４２の発光部と一直線上に並ぶ。光ファイバ３５のコアはＰＤ４３の受光部分と直線上に並ぶ。
【００７３】
受信光Ｒは光ファイバ３５を通りＰＤ４３に入り、ここで光電変換され増幅器４５で増幅される。送信電気信号は駆動用ＩＣ４４によって生成され、これがＬＤ４２に電流として与えられる。ＬＤ４２は送信光信号を生成し、それが光ファイバ３４を通って外部へ送信される。
【００７４】
さらに、Ｓｉ基板３０の外側にも二条の開口部列をうがって、櫛歯状脚部を設けた外殻遮蔽板４９をその外側開口部に通して固定し、下端をベースメタルに接着するようにもできる。こうすると送信部Ｂ、受信部Ｃを遮蔽板４７、４９、５０、ベースメタル５１によって、より狭く囲い込むことができる。クロストーク抑制効果は一層向上する。
【００７５】
［実施例２（櫛歯状脚部をもつ遮蔽板；光導波路タイプ）］
実施例１は光ファイバを用いるモジュールの例であったが、本発明はＳｉ導波路による結合の場合にも適用できる。この場合は、導波路と、相手側の光ファイバは光学コンタクトで接合される。図８、９に示す。実施例２において光ファイバがなくて、それを収容するＶ溝もない。その代わりに導波路が形成されている。
【００７６】
Ｓｉ基板に導波路を形成する方法は幾つかある。例えば、Ｓｉ基板の上に全面に第１のＳｉＯ２層を酸化法、スパッタリング法によって形成し、Ｇｅなどの屈折率を上げるドーパントを添加した第２のＳｉＯ２層をさらに重ねて設け、リソグラフィによって光導波路となる部分だけを残し第２層の他の部分をエッチング除去する。さらに第３のＳｉＯ２層を設けて全体を被覆する。第２層は屈折率の高い平行のコアとなり、第１層、第３層のＳｉＯ２はクラッド層となる。そのようにして光導波路５５、５６を設ける。外部の光ファイバの端部を光導波路５５、５６の前端に接合する。
【００７７】
実施例１と同様に、境界線に沿って短冊状の開口部４６を断続的に穿つ。これは図８の右に書いた境界遮蔽板４７の櫛歯状脚部４８を差し込むための穴の列である。
【００７８】
Ｓｉ基板３０にはいくつかの電極パターン・配線パターン３６〜４１を形成する。送信用光導波路５５の後方のパターン３８にはＬＤ４２を、受信用導波路５６の後方のパターン３９にはＰＤ４３を実装する。ＬＤ４２の後方のパターン３６には駆動用ＩＣ４４を設ける。ＰＤ４３後方のパターン３７には増幅器４５を搭載する。これらの電気的素子、電気光学的素子の電極、配線パターンなどはワイヤ６１〜６６によって接続される。
【００７９】
以下の構造も実施例１と同様である。Ｓｉベンチ３０をリードフレームのベースメタル５１に接合する。境界線の開口部４６に遮蔽板４７の櫛の歯状脚部４８を差し込み、下端をベースメタル５１に接着する。これと送信部Ｂ、受信部Ｃの外側に金属製の外殻遮蔽板４９を立て、ベースメタル５１に接着する。境界遮蔽板４７、外殻遮蔽板４９の上に屋根遮蔽板５０を接着する。遮蔽板の群は、送信部Ｂと受信部Ｃを囲み、両者を隔離する。電気的な遮蔽、光学的な遮蔽の作用がある。これによって送信部から受信部への信号の電気的、光学的まわりこみを禁止しクロストークを抑制する。
【００８０】
［実施例３（複数受信部）］
実施例１、２は最も効果の大きい光送受信器を一体化した例で説明した。送信器がなく複数のレベルの異なる受信部を含む装置の場合、隣接受信部からのノイズが混入するということはありうる。本発明は受信レベルの異なる受信機を複数個並べて使用する受信専用装置にも適用できる。その組み合わせは自由である。ここでは図示を略するが、例えば図５、６、あるいは図８、９において、ＬＤ４２をＰＤに、駆動用ＩＣ４４を増幅器に置き換えたものがその例となる。
【００８１】
［実施例４（帯状脚部をもつ遮蔽板；光ファイバタイプ；光学的クロストーク抑制）］
すでに述べたように光通信装置において光学的クロストークの抑制も重要である。本発明は、もう一つの光クロストークも大幅に低減するという優れた効果を発揮する。Ｓｉ基板は可視光には不透明であるが、光通信に使われる１．３μｍ、１．５５μｍには透明でＬＤの強烈な散乱光、迷光がＳｉ基板を通して隣接ＰＤに入る可能性があった。境界遮蔽板４７はそのような散乱光、迷光を遮断するという作用もある。散乱光、迷光であるから様々の経路をとってＰＤに至る可能性がある。だから外殻遮蔽板や、屋根遮蔽板も散乱光などの遮蔽に有効である。
【００８２】
実施例１（図５、６）や実施例２（図８、９）の境界遮蔽板４７はＳｉ基板より上では穴のない平板であるが、脚部は櫛歯状である。歯のない部分を通してＬＤ散乱光がＰＤにまで漏れるということもありうる。それをも遮断したいという場合に次のような改良が有効である。図１０、１１にそれを示す。
【００８３】
実施例４において、Ｓｉ基板３０の受信部Ｃと送信部Ｂの境界線に沿って連続する細い開口部５２を穿っている。右側に遮蔽板５３を示すが、これは細長開口部５２に対応して連続する帯状脚部５４をもっている。これをＳｉ基板の開口部５２に差し込むとＳｉ基板内部のＬＤ・ＰＤ間の光路がほぼ完全に遮断されてしまう。図１１の断面図（実施例４）では、図６の断面図（実施例１）とその差異がわからないが、境界遮蔽板５３の脚部５４はＬＤ・ＰＤ間、増幅器・駆動用ＩＣ間を長く分離遮蔽している。これによってＳｉ基板の下を潜り込んでやってくるような散乱光、漏れ光を防ぐことができる。さらに電流によるクロストークについても、図１０、図１１の方がより完全である。ただし薄いＳｉ基板は弱いのであまり長い開口部を穿つことは難しい。
【００８４】
［実施例４（図１０、１１）と仮想例（図３、４）の受信感度の比較］
図３、４（仮想例）と図１０、１１（実施例４）の装置の受信感度特性を比較した。初めに共通の部分を説明する。特徴部分に由来する違いを調べるには、特徴部分以外は全て同一にすべきである。だからここでは遮蔽板部分以外は同一の構造のものを作製して比較した。
【００８５】
Ｓｉベンチは幅５ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚み１ｍｍである。送受信光ファイバＳ、Ｒの間隔は１．２５ｍｍとした。ファイバ固定のＶ溝部分３２、３３の長さを５ｍｍ、ＬＤ／ＰＤ／Ｓｉ−ＩＣの実装部の長さを５ｍｍとした。つまり１０ｍｍ長さのＳｉベンチを５ｍｍずつ半分に分けたものである。
【００８６】
ＬＤは活性層がＩｎＧａＡｓＰの１．３μｍ−ＦＤ−ＬＤである。ＰＤは受光層がＩｎＧａＡｓの導波路型端面入射型ＰＤである。ＬＤ、ＰＤのチップサイズはいずれも３００μｍ×３００μｍ×１５０μｍである。
【００８７】
ＬＤは活性層をＳｉベンチ側に実装し、ＰＤは受光層側をＳｉベンチ側に実装した。つまり両方ともにエピダウンで取り付けている。
ＳｉＯ２の絶縁層の厚みは１μｍである。その上に厚み２μｍのＡｕの電極パターンを形成した。ＬＤのドライバ（駆動用ＩＣ）は、１．２ｍｍ角のＳｉ−ＩＣである。ＰＤの増幅器は１．０ｍｍ角のＳｉ−ＩＣである。
【００８８】
図１０、１１（実施例４）の場合は遮蔽板５３、４９、５０の全てを採用した。遮蔽板として厚み０．２ｍｍの真鍮板を用いた。
【００８９】
Ｓｉ基板に長穴を開けるために、ＳｉＯ２をコ−ティングする前に、前もってエッチングによって長穴よりやや広い幅０．５ｍｍの溝をＳｉ基板の表裏両側から設けておいた。
【００９０】
長穴（開口部５２）の加工は、超音波加工による。遮蔽板５３の長さは長さ１０ｍｍ、高さ３ｍｍ、脚部は長さ８ｍｍ、高さ１ｍｍとした。
【００９１】
図３、４（仮想例）の場合も、図１０（実施例４）の場合もＬＤ／ＰＤ／ＩＣの周りは全体をシリコーン系の透光性樹脂でポッティングしている。これは、ＬＤ／ＰＤと光ファイバ間の光路の屈折率マッチングをとるためと、Ｓｉ−ＩＣの保護のためである。
【００９２】
図１０（実施例４）の場合は、この後、境界遮蔽板５３と外殻遮蔽板４９を低温半田で半田付けした。仮想例（図３、４）の場合は遮蔽板を設けなかった。
このようにして仕上がった従来タイプと本発明のタイプを１５６Ｍｂｐｓで動作させた。
【００９３】
光ファイバの出力０ｄＢｍのときに、仮想例の構造では、最小受信感度は−３０ｄＢｍであった。同じ条件で実施例４のタイプでは、最小受信感度は−３６ｄＢｍであった。最小受信感度が６ｄＢｍも小さくなっており本発明装置が極めて高感度であることがわかる。
【００９４】
これは本発明の遮蔽構造が、空間を伝搬する電気クロストークや光クロストークを低減し、さらにグランドの強化によってこの効果が確実なものとなり、さらに基板を通る電気的、光学的クロストークも低減できるからである。
以上では、駆動用ＩＣと増幅器を含む例で説明したが、単に発光素子と受光素子だけの場合でも配線部分は必ず存在するため、同様にクロストーク低減の効果が得られる。そして、発光素子のみと受光素子、増幅器の場合でも同様にクロストークは低減され、発光素子、駆動用ＩＣと受光素子のみの組み合わせの場合でも同じ効果が得られる。
【００９５】
【発明の効果】
精度良く光ファイバや部品を実装できるＳｉベンチに開口部を設けて遮蔽構造を構築しＳｉベンチ下のベースメタルに接続し安定なグランドとすることによって、電気（電磁波、電流）的遮蔽を完全にする。それとともに、遮蔽板は散乱光も遮断し光クロストークも大幅に低減できる。
【００９６】
以上のように、本発明の送受信器では、確実に電気クロストークと光クロストークをなくすことができる。小型かつ低コストで高性能の光送受信器ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属パッケージに収容されたＬＤモジュール、ＰＤモジュール、送信用電子回路素子、受信用電子回路素子をプリント基板に取り付けた従来例にかかる大型の光送受信モジュールの概略平面図。
【図２】高橋龍太、村上和也、須永義則、所武彦、小林雅彦「ＳＦＦ光トランシーバ用光素子実装方法の検討」１９９９年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、講演番号Ｃ−３−２８、ｐ１３３（１９９９）によって提案された２光ファイバタイプの送受信モジュール平面図。
【図３】ＬＤの駆動用ＩＣやＰＤの増幅器はＳｉ基板に薄い絶縁層を介して接合しており静電容量を通じてＳｉ基板とこれらの電気的素子が結合することを説明するための仮想例のＳｉ基板、電気素子、光ファイバ、光電素子の縦断面図。
【図４】ＬＤの駆動用ＩＣやＰＤの増幅器はＳｉ基板に薄い絶縁層を介して接合しており静電容量を通じてＳｉ基板とこれらの電気的素子が結合し、Ｓｉ基板は有限の抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を有する導体として働き、送信部の駆動用ＩＣ、パターンから、受信部の増幅器、パターンへ交流電流が流れることによって電気的クロストークが起こることを説明するための仮想例のＳｉ基板、光電素子、パターンの縦断面図。
【図５】平行２本の光ファイバ、送信部、受信部をＳｉ基板上に設け、境界線に断続する開口部を穿った状態の実施例１の平面図と境界の開口部に差し込むべき櫛の歯状脚部を有する遮蔽板の側面図。
【図６】平行２本の光ファイバ、送信部、受信部をＳｉ基板上に設け、境界線に断続する開口部を穿ったＳｉ基板に、櫛の歯状脚部を有する境界遮蔽板を差し込みベースメタルに接着し、送信部、受信部の両側に外殻遮蔽板を立て、境界遮蔽板と外殻遮蔽板の上に屋根遮蔽板を設けた実施例１の電気的素子の部分で切断した縦断面図。
【図７】送信部と受信部の境界線の開口部に導電性の遮蔽板を差し込んでＳｉ基板下のベースメタルに遮蔽板を接合した本発明の構造において、送信部からＳｉ基板を伝わって流れる電流が遮蔽板によって遮断されることを示す説明用の断面図。
【図８】平行２本の光導波路、送信部、受信部をＳｉ基板上に設け、境界線に断続する開口部を穿った状態の実施例２の平面図と境界の開口部に差し込むべき櫛の歯状脚部を有する遮蔽板の側面図。
【図９】平行２本の光導波路、送信部、受信部をＳｉ基板上に設け、境界線に断続する開口部を穿ったＳｉ基板に、櫛の歯状脚部を有する境界遮蔽板を差し込みベースメタルに接着し、送信部、受信部の両側に外殻遮蔽板を立て、境界遮蔽板と外殻遮蔽板の上に屋根遮蔽板を設けた実施例２の電気的素子の部分で切断した縦断面図。
【図１０】平行２本の光ファイバ、送信部、受信部をＳｉ基板上に設け、境界線に連続する長い開口部を穿った状態の実施例４の平面図と境界の開口部に差し込むべき長い帯状脚部を有する遮蔽板の側面図。
【図１１】平行２本の光ファイバ、送信部、受信部をＳｉ基板上に設け、境界線に連続する長い開口部を穿ったＳｉ基板に、長い帯状脚部を有する境界遮蔽板を差し込みベースメタルに接着し、送信部、受信部の両側に外殻遮蔽板を立て、境界遮蔽板と外殻遮蔽板の上に屋根遮蔽板を設けた実施例４の電気的素子の部分で切断した縦断面図。
【符号の説明】
１ ＬＤ
２ ＰＤ
３ 光ファイバ
４ 光ファイバ
５ 配線基板
６ 送信用電子回路
７ 受信用電子回路
８ 金属遮蔽板
９ ピン
１０ Ｓｉ基板
１１ ＳｉＯ２絶縁層
１２ Ｖ溝
１３ Ｖ溝
１４ 光ファイバ
１５ 光ファイバ
１６〜２１ 電極パターン
２２ ＬＤ
２３ ＰＤ
２４ 駆動用ＩＣ
２５ 増幅器
２６ 境界線
２７ 電気的素子
２８ 電極パターン
２９ 絶縁層
３０ Ｓｉ基板
３１ ＳｉＯ２絶縁層
３２ Ｖ溝
３３ Ｖ溝
３４ 光ファイバ
３５ 光ファイバ
３６〜３９電極パターン
４０、４１ 配線パターン
４２ ＬＤ
４３ ＰＤ
４４ 駆動用ＩＣ
４５ 増幅器
４６ 開口部
４７ 境界遮蔽板
４８ 櫛歯状脚部
４９ 外殻遮蔽板
５０ 屋根遮蔽板
５１ ベースメタル
５２ 開口部
５３ 境界遮蔽板
５４ 帯状脚部
５５ 送信光用光導波路
５６ 受信光用光導波路
６１〜６６ ワイヤ
７０ モニタＰＤ
Ｂ 送信部
Ｃ 受信部
Ｓ 送信光
Ｒ 受信光
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信のための光送受信器、光受信器に関する。特に、小型で低コストの光送受信器、光受信器を提供する事を目的とする。ここでは時に光送受信器、光受信器を光通信装置と総称する。送信・受信の両機能をもつ送受信器においては、送信器側の電気・光信号が受信側に混入する可能性がある。複数の受信器を有する装置では隣接受信部の電気・光信号が受信部に混入する可能性がある。これをクロストークと言う。これは受信部ではノイズとなるので、できるだけ排除しなければならない。
【０００２】
クロストークには電気的ものと光学的なものがある。送受信器を小型にするには電気的、光学的クロストークを抑制する必要がある。本発明は送信・受信部の電気的、光学的クロストークを効果的に抑制することによって小型化、低コスト化を実現できる光通信装置を提供する。
【０００３】
【従来の技術】
図１はもっとも普及している光送受信器の概念図である。光源である半導体レ−ザ（ＬＤ）１も受信器であるフォトダイオード（ＰＤ）２も個別に金属ケースに納められている。ＬＤ１、ＰＤ２は光ファイバ３、４によって局側に接続されている。ＬＤ１、ＰＤ２はピン９、９によって配線基板５の適当な配線パターンに接続される。また配線基板５には送信用電子回路６と受信用電子回路７が設けられる。
【０００４】
送信側と受信側の間での電気的なクロストークを防ぐため、送信用電子回路６と受信用電子回路７の間に金属遮蔽板８が設けられる。これが電子回路６、７の間をシールドする。配線基板５はいわゆるプリント基板であり、自由なグランドパターンを形成することができる。金属遮蔽板８も自由にグランドに落とす事ができる。また、この構成では、ＬＤ１とＰＤ２がそれぞれ金属ケースに入っているため、光が外に漏れない。つまり光学的電気的クロストークを低減することができる。クロストーク抑制という点では優れた送受信器である。
【０００５】
しかし、この構造では、大きさがこれ以上小さくならないし、コストが下がらないという欠点がある。ＰＤチップ、ＬＤチップを金属パッケージに収容したＰＤモジュール、ＬＤモジュール自体が大きいし、配線基板５に、電子回路６、７を実装するから嵩高い装置になる。また金属ケースに収容したＰＤ、ＬＤモジュールはコスト高である。そのようなわけで図１のような装置では小型化、コスト削減に限界がある。
【０００６】
これを解決するために、最近ＳｉのＶ溝を使ってファイバの固定を行い、基板上にＳｉＯ２を絶縁層として形成し、この上に配線用メタライズパターンを形成して、小型かつ低コストの光送受信器を構成することが考えられている。例えば次のようなレポートに提案されている。
【０００７】
▲１▼ 高橋龍太、村上和也、須永義則、所武彦、小林雅彦「ＳＦＦ光トランシーバ用光素子実装方法の検討」１９９９年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、講演番号Ｃ−３−２８、ｐ１３３（１９９９）。
【０００８】
図２にその構造を示す。平坦なＳｉ基板１０上の後半部にＳｉＯ２絶縁層１１を形成する。Ｓｉ基板１０の前半には平行な２本のファイバ固定用Ｖ溝１２、１３が形成される。Ｖ溝１２、１３に送信用光ファイバ１４、受信用光ファイバ１５が固定される。ＳｉＯ２絶縁層１１には金などの電極パターン１６、１８、１９が形成されている。これらのパターンはデバイスチップを搭載したり配線になったりする。光ファイバ１４の手前のパターン１８にはＬＤチップ２２が、光ファイバ１５の直前のパターン１９にはＰＤチップ２３が実装される。ＬＤ２２の後ろのパターン１６にはモニタＰＤ７０が搭載される。
【０００９】
ＬＤ２２は電流に応じた送信光を発生する。送信光は光ファイバ１４の中を局側へ伝搬する。局側から送られてきた信号光（受信光）は光ファイバ１５からＰＤ２３に入り光電流に変換される。さらにモニタＰＤ７０がＬＤの背後に設けられ、ＬＤパワーを監視するようになっている。図２において破線２６より上方が送信器、破線２６より下が受信器である。
【００１０】
これはＳｉ基板１０上に、ファイバ固定溝１２、１３、ＬＤ／ＰＤ用固定電極パターン１８、１９、モニタＰＤ用固定電極パターン１６などを一気に形成できる。光ファイバ、ＬＤ、ＰＤなどの部品を調芯しなくても、精度良く部品実装できる。全体に小型化できて非常に工業的な価値のある製品となる可能性がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、送信器、受信器間が絶縁板で遮断されている図１の装置と、遮断部材のない図２を比べれば分かるように、図２では電気的なクロストークが大きい。どうやって送受信間の電気的クロストークを低減するかが課題となる。もちろん、複数の送信器を並べたときや、複数の受信機を並べたときも、各チャンネル間のクロストークが問題になる。
【００１２】
しかし、もっとも深刻な問題になるのは、送信器と受信器を一つの基板に一体化するときである。送信器のＬＤには繰り返し周波数の高い、強いパルス電流が流れる。受信器側はインピーダンスが高い回路である。静電容量を介して送信信号の一部が受信器側にノイズとして入ってしまう。電気的な送受信器間のクロストークについて詳しく説明する。
【００１３】
図２において破線２６は両者の境界線である。これを送信側から信号が電気的、光学的に受信側へ漏れることによって受信側にノイズが入る。これがクロストークである。このように光ファイバが２本あって光路が別別になったものは光学的なクロストークは少ないが電気的なクロストークは重要な問題を提起する。ＬＤ２２に流れる繰り返し数の高いパルス信号は電磁波となって受信器側へ飛ぶ。受信器側はＬＤ２２に流れる送信信号を受信してしまう。これは空間伝搬する電磁波によって引き起こされるクロストークである。
【００１４】
送信器からの大電流クロストークが微弱信号を受信する受信器のノイズとなる。複数の受信器間でもクロストークはあるが弱い。ところが送信器・受信器の間のクロストークは起こり易い。したがって、以下では特に重大な問題となる光送受信器を例にとって説明する。
【００１５】
普通に考えれば、クロストークを抑制するには送信器部分と受信器部分での電磁波を遮断すればよい。そのためには送信器と受信器の間に金属板を立てて、これをＳｉＯ２上に形成したグランド用メタライズに接続すればよいと考えられる。それは例えば、
【００１６】
▲２▼ 石井園美、野村剛彦、伊澤敦、岩瀬正幸、「ＭＴ−ＲＪ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｂ Ａｓｓｅｍｂｌｙのクロストーク解析」２０００年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、講演番号ＳＣ−３−７，ｐ３５２（２０００）
によって提案されている。これはＰＤだけの受信器、ＬＤだけの送信器部分の二等分線（破線２６）にそってＳｉ基板上面を切り欠き帯状の金属板を立てたものである。図１と同様のことで金属板によって空間を伝搬する電磁波を吸収するようにしている。
【００１７】
その発想の基礎になるものは、送信部から受信部へ電磁波として送信信号が飛び、それがクロストークを起こすのだから電磁波を遮断すればよい、という発想である。強力な電波、電流を発生する駆動用ＩＣはこの装置には存在しない。微弱な電磁波をも感知する増幅器も存在しない。駆動用ＩＣと増幅器の不在が電気的クロストークの問題を軽減している。同じＳｉ基板に駆動用ＩＣと増幅器がある場合に強いクロストークが初めて深刻な問題を投げかけるのである。▲２▼はそのような構造ではないから真の問題が何であるか？未だ分かっていないと言えよう。
【００１８】
▲２▼の提案している金属板によって電磁波の伝搬を防ぐ、というのは常套的な手段である。▲２▼もその常識にそった改良を述べているにすぎない。図１に示すプリント基板の中央に金属遮蔽板８を設けたというのと大同小異である。
【００１９】
しかし図１の場合の基板はプリント基板であって基板自体はエポキシ樹脂などの絶縁体である。図２の表面実装の場合、基板はＳｉ基板であり絶縁体でない。だから空間伝搬する電磁波だけでなく、基板を伝わる電流もクロストークを引き起こす。基板自体にそのような根本的な相違がある。だから図２の装置において境界線２６に金属板を立てるだけではクロストーク克服のためには十分でない。
【００２０】
つまり平面実装において用いられるＳｉＯ２／Ｓｉ基板に特有の問題がある。Ｓｉ基板はエッチングによってＶ溝を正確に形成できるなどの利点があり、酸化するとＳｉＯ２絶縁体になるという便利さがある。しかしプリント基板と違い、Ｓｉ基板は電気を通すので図１の装置にはない欠点がある。
【００２１】
［仮想例］
電気的クロストークの問題をより尖鋭に考えるために次の仮想例を想定する。受信部にはＰＤと増幅器が含まれ、送信部にはＬＤと駆動用ＩＣが含まれるものとする。実際にはこのような公知技術は存在しないが、本発明の直面する問題を明確にするために、この装置の欠点を考察しよう。
図３は、この仮想例の光ファイバコアとＰＤ又は光ファイバとＬＤの断面を表す縦断面図である。これらの光素子（ＬＤ又はＰＤ）の後ろに電気的素子２７（駆動用ＩＣ又は増幅器のこと）がある。図３の横に拡大断面を示す。これはＳｉ基板１０の上に絶縁層２９があり、電極パターン２８があって、その上に電気的素子２７が搭載されているということである。Ｓｉ基板１０は半導体であるが導電性がかなり高くて電流を流すことができる。Ｓｉ基板１０と電気的素子２７の間には絶縁層２９（例えばＳｉＯ２）があって直流電流は遮断できる。しかし静電容量があるから高周波電流は流れてしまう。だから強いＬＤのパルス信号が、ＬＤ−絶縁層−Ｓｉ基板−絶縁層−ＰＤという経路を経てＰＤに伝搬する。これが電気的クロストークを生ずる。
【００２２】
図４は横方向にＳｉ基板を切った仮想例の断面を示す。境界線２６の右が送信側、左が受信側とする。パターン１６の上にＬＤ駆動用ＩＣ２４が、その横のパターン１７にＰＤ信号を増幅する増幅器２５が設けられる。電極パターン１６、１７、２０、２１とＳｉ基板１０の間にはＳｉＯ２絶縁層１１がある。絶縁層１１は薄いので電極パターン２０、１６、１７、２１とＳｉ基板の間に等価的な容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を形成する。
【００２３】
Ｓｉ基板１０は導体のようなものであり電流が通る。だから容量の間には、等価的な抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が存在する。矢印のように送信側の駆動用ＩＣ２４の信号、パターン２０の駆動信号が、容量、抵抗を経て、受信側の増幅器２５まで伝達される。これがもう一つの電気的なクロストークである。
【００２４】
高い繰り返しのパルス信号であるから、容量のインピーダンス１／ｊωＣが小さくて、ここでは減衰しない。Ｓｉ基板の抵抗も低いから減衰量はわずかである。送信器・受信器間の距離が大きいと抵抗Ｒ３を大きくできる。しかし全体を小型のモジュールとするためには送信器・受信器間の距離を広くできない。つまり抵抗Ｒ３、Ｒ２、Ｒ１は小さい値の抵抗になる。受信器側は増幅率の大きいインピーダンスの高い増幅器ＩＣを持っている。だから送信器側の電気信号が容量、抵抗を通じて受信器側へと伝わる。このようにＳｉ基板を電流として伝わることによるクロストークの存在は本発明者が初めて気付いたものである。
【００２５】
前記の▲２▼の改良は基板の上を飛ぶ電磁波による送受信器間の結合を防ぐことができるが、基板の下を通る電流による送受信器間の結合については無効である。
【００２６】
つまり基板をなすＳｉは完全な絶縁物ではなく、半導体である。つまり幾らか電流を通す。絶縁層（ＳｉＯ２）は高周波電流を通す。絶縁層（ＳｉＯ２）１１を挟んだコンデンサＣ１〜Ｃ４と、中途半端な抵抗Ｒ１〜Ｒ３を有するＳｉ半導体基板１０の組み合わせで、金属遮蔽板の下をノイズが自在にくぐり抜けるのである。▲２▼は基板上部の電磁波結合を遮断できるが、基板下部の電流結合には全く効力がない。▲２▼の創作者は基板下部のＲ、Ｃを通る電流結合には気付いていないようである。
【００２７】
実際にはＳｉ基板は導電性があり基板下部の電流結合が大きい。本発明者は、▲２▼のようにＳｉ基板の中心線２６にそって浅い溝を掘り金属板を立てるだけでは不十分だ、ということに気付いた。基板下部の電流結合に着眼し、これを克服するように工夫を凝らすべきである、と思う。
【００２８】
仮想例の構造において、二本の光ファイバの延長線上にＬＤ、ＰＤ及び駆動用ＩＣ２４、増幅器２５が設けられる。光ファイバ間が狭くなると、送信部駆動用ＩＣと受信部の増幅器が接近してくる。光ファイバ間隔と、ＩＣ・増幅器間隔は比例して狭くなる。すると電磁波による上方混信も、電流による下方混信（クロストーク）もともに増大してくる。
【００２９】
特に最近は、ファイバ間隔が狭くなってきており、例えば先行例では、６．２５ｍｍとか、４．５ｍｍとか、極最近では１ｍｍ以下に狭くなっている。さらには、０．１２５ｍｍという目標が立てられている。そのように、送受信間が近接しつつあり、その趨勢はなお続きそうである。ますますクロストーク抑制は焦眉の問題となりつつある。本発明の目的は、送受信間、あるいは複数の受信器間の電気的クロストークを効果的に抑制する機構を提供することである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｓｉ基板上の受信部や送信部を分ける境界線に沿って適数の開口部を設けて、リードフレームのベースメタルにＳｉ基板を張り合わせ、開口部に嵌入する脚部を持つ導電体遮蔽板を差し込んで、Ｓｉ基板の下のベースメタルに遮蔽板の脚部を接合させる。
【００３１】
遮蔽板は送信部、受信部の間にあってＬＤ光を遮断する。だから本発明の遮蔽板は光学的クロストークの排斥という優れた効果がある。光学的ノイズの排除は分かりやすい作用であり、これ以上説明する必要はないだろう。電気的ノイズについてはやや難しいので説明する。
【００３２】
リードフレームのベースメタルはグランドであるから、遮蔽板はグランドにつながれる。つまり受信部、送信部はグランド電位の遮蔽板やベースメタルによって仕切られるということになる。グランド電位部材によって、受信部の全体を囲むのではないが、受信部の底部と側面を囲む。だから隣接する送信部や受信部からの電気的なノイズを遮断することができる。
【００３３】
遮蔽板の役割は三つある、ということに注意すべきである。光を遮断、電磁波を遮断、電流を遮断するという３つの作用である。光の点は容易にわかるから、電磁波、電流について述べる。
【００３４】
基板より上方に突出した部分は送信部から受信部へ、或いは受信部から受信部へと電磁波によってノイズが空間伝搬するのを防ぐ。基板内部に埋設される部分は電流によって受信部へ伝搬される信号を遮断する。基板を伝わる電流によるノイズを遮断するために遮蔽板を基板の中の方へと差し込むようにしている。それによって図４のような基板中の等価抵抗Ｒ２が遮蔽板によって切断されたようになる。Ｒ２がグランド電位の遮蔽板で切断されるからＲ２が無限大になる。だから電流によるノイズをカットすることができる。
【００３５】
電磁波ノイズと電流ノイズの両方を遮断するのである。空中伝搬する電磁波ノイズだけなら前記の公知技術▲２▼と同じことである。本発明はそれに留まらず基板中を伝わる電流によるノイズをも効果的に抑制できる。それが優れた新規な特徴である。
【００３６】
以上が本発明の骨子である。本発明の実施を容易にする要因が従来の表面実装技術に内在している。それは本発明にとって好都合なことである。それを述べよう。
【００３７】
表面実装の場合、Ｓｉ基板はグランド強化のために、リードフレームのベースに導電性樹脂で固定されることが多い。リードフレームをプラスチックモールドして素子として仕上げるようになっている。リードフレームは不可欠であり、リードフレームのベースメタルにＳｉ基板を接着するのは通常なされている。そういう好都合なバックグランドがある。
【００３８】
Ｓｉ基板はベースメタルに接合されるので本発明はそのベースメタルを利用する。Ｓｉ基板に受信部、送信部の境界に沿って穴をあけ、穴に遮蔽板の脚を差し込んで脚先をベースメタルに接着させ、遮蔽板をグランドとする。だから新たに加わる工程は、Ｓｉ基板の境界線にそって開口部を穿つこと、遮蔽板を差し込むこと、遮蔽板の脚をベースメタルに接合することだけである。
【００３９】
そもそもなぜ、Ｓｉ基板を用いるかというと、半導体のフォトエッチング技術を使って狭い間隔でも精度良くファイバ固定溝を形成することができ、これに合わせてＬＤ／ＰＤも精度良く配置できるからである。
【００４０】
ということは、位置決めの機能がしっかり存在すれば、必ずしも、全面がフラットな板でなくてもよいということである。そこで本発明は、送信部、受信部の境界に当たるＳｉ基板のあちこちの部位に開口部を設けて遮蔽板を通し脚をベースメタルに導通させてグランドを強化する。
【００４１】
【発明の実施の形態】
本発明は、送信器と受信器を同一のＳｉ基板の上に実装した送受信モジュールにおいて最も有効である。送信器は強い電流、電磁波を発生し、受信部はインピーダンスが高く感受性が高くてノイズに弱いからである。しかし、複数の受信器を同一のＳｉ基板に並べた複数受信器のモジュールの場合にも本発明は有効である。受信器とそれ以外の何らかのノイズ源を含む装置の全てに本発明を適用することができる。
【００４２】
グランド部材は、リードフレームのベースメタルと境界線にそう遮蔽板である。これは最低限必要な部材である。それ以外にも遮蔽板を追加してクロストーク削減をよりいっそう徹底することも可能である。追加遮蔽板としては、例えば境界遮蔽板の上に取り付けた屋根型遮蔽板が有効である。屋根型遮蔽板は主に空間を電磁波として伝搬するノイズの遮断に効果的である。
【００４３】
さらに境界遮蔽板とは反対側において受信部、送信部を囲むような外殻遮蔽板を設けてもよい。それは外部ノイズをカットするのに有効である。隣接送信部から外に出て外部で反射した電磁波を遮断するという効果もある。つまり遮蔽板に関して
【００４４】
（１）境界遮蔽板…受信部、送信部などの境界に立てられベースメタルに接地
【００４５】
（２）屋根型遮蔽板…境界遮蔽板や、外殻遮蔽板の上に載せられ受信部、送信部の屋根となる
【００４６】
（３）外殻遮蔽板…受信部、送信部などの外殻に立てられベースメタルに接地
【００４７】
の３種類が区別されよう。その内（１）は本発明において必須である。これは電磁ノイズ、電流ノイズの両方をカットするという優れた作用がある。（２）、（３）は電磁ノイズ（電波：電磁波）を遮断するのに有効であるが本発明では必須でない。（１）と（２）だけの場合はＴ字型のシールド構造、あるいはΓ型のシールド構造となる。（３）の外殻遮蔽板は、矩形状の囲みを作り、より安定な骨格を形成する。
【００４８】
遮蔽板は導電性の板部材であればよい。たとえば、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、アルミ（Ａｌ）、コバール（Ｋｏｖａｒ）、真鍮などを用いることができる。
Ｓｉ基板にうがつ開口部の形状は遮蔽板の脚部の形状と雌雄の関係にある。遮蔽板の脚部が櫛の歯状であれば、Ｓｉ基板開口は帯状穴を点在させたものとなる。遮蔽板の脚部が丸棒状であればＳｉ基板の開口は丸穴を点在させたものとなる。遮蔽板の脚部が広い帯状であれば、開口部は長い帯状の穴となる。
【００４９】
【実施例】
［実施例１（櫛歯状脚部をもつ遮蔽板；光ファイバタイプ）］
図５、図６によって第１の実施例を説明する。図５はリードフレームの外周部を省略した平面図と遮蔽板の側面図、図６は電気的素子（増幅器、駆動用ＩＣ）を通る面で切断した縦断面図である。図５において右側には境界遮蔽板を図示している。平面図の一部でないから注意すべきである。リードフレームというのは金属の薄い板を打ち抜きによって作製した部材で様々の形状の物がある。概して言えば中心にベースメタルがあり、それから多数のリードピンが放射状に出ており外周部にはそれらを束ねる四角枠がある、といった形状である。中心分のベースメタルにＳｉ基板を載せた状態で全体を樹脂モールドして製品とする。だから平面図を描くとリードピンが放射状に伸びた部分が続くのであるが図５はその部分を省略した平面図となっている。
【００５０】
薄い矩形状のＳｉ基板３０が基台となる。Ｓｉ基板３０の後方半分程度を酸化或いはスパッタリングによって形成したＳｉＯ２絶縁層３１によって覆う。Ｓｉ基板３０の前半部には平行２本のＶ溝３２、３３が異方性エッチングによって穿たれている。このＶ溝３２、３３に光ファイバ３４、３５を挿入固定する。光ファイバ３４は送信光用、光ファイバ３５は受信光用の光ファイバである。Ｓｉ基板後半の絶縁層３１によって被覆された部分に印刷あるいはリソグラフィによって電極パターン３６〜３９と配線パターン４０、４１が形成される。
【００５１】
送信光用光ファイバ３４の延長上の電極パターン３８にはＬＤ４２が取り付けられる。その背後の電極パターン３６には駆動用ＩＣ４４が設けられる。
受信光用光ファイバ３５の延長上の電極パターン３９にはＰＤ４３が取り付けられる。その背後の電極パターン３７には増幅器４５が設けられる。図５において中心線から左が送信部Ｂ、右が受信部Ｃである。中心線が両部分の境界線となる。境界線に沿ってＳｉ基板面に細い長方形状の開口部４６が複数個穿たれる。開口部４６はＳｉ基板の全厚みを貫く穴である。つまり開口部４６は全て貫通穴である。
【００５２】
ＬＤ４２の下面の電極パターン３８と駆動用ＩＣ４４の上面電極はワイヤ６３によって接続される。ＬＤ４２の上面電極と配線パターン４０がワイヤ６１によって接続される。配線パターン４０と駆動用ＩＣ４４の上面電極はワイヤ６２によってつながれる。
【００５３】
ＰＤ４３の下面の電極パターン３９と増幅器４５の上部電極がワイヤ６６によって接続され、ＰＤ４３の上面電極はワイヤ６４で配線パターン４１につながれる。パターン４１はワイヤ６５によって増幅器４５の上部電極と接続される。
【００５４】
送信部Ｂ、受信部Ｃを隔てるため境界線に立てる部材が境界遮蔽板４７である。遮蔽板は空間を伝搬する電磁波を遮断するための高さを持っている。遮蔽板４７は脚部４８を境界線上の開口部４６に差し込むことによって固定される。間欠的に穿たれた開口部４６に対応して境界遮蔽板４７は櫛歯状脚部４８を有する。
【００５５】
脚部４８の櫛の歯のピッチは、開口部４６のピッチに等しい。櫛の歯の山の長さは開口部４６の一つの穴の長さに等しい。遮蔽板４７の厚みは、開口部４６の幅にほぼ等しい。開口部４６の穴の数は、遮蔽板４７脚部の櫛歯の数に等しいか、それ以上である。また遮蔽板４７の櫛の歯の高さはＳｉ基板の厚みにほぼ等しい。
【００５６】
だからＳｉ基板の裏面にリードフレームのベースメタル５１をはりつけた状態で、開口部４６に脚部４８を全部差し込むと脚部４８の下端はリードフレームのベースメタル５１に届く。そこで脚部４８をベースメタルに半田付け、鑞づけなどによって接着する。ベースメタル５１はグランド電位に保持されるので、遮蔽板４７もグランド電位になる。
【００５７】
本発明は少なくとも１枚の遮蔽板を境界線上に設けるということを条件とする。ＬＤ４２から出た光の一部は、光ファイバ端やその他の部材などで散乱されＰＤ４３に入る可能性があるが、それを遮蔽板が防ぐ。これは光学的クロストークの遮蔽である。それはわかりやすい本発明の直接の効果である。
【００５８】
本発明はそれに加えて電気的なクロストークの排除という作用をもっている。境界遮蔽板４７は、送信部Ｂから受信部Ｃへ向かう電磁波、電流の両方を遮断する。つまり境界遮蔽板４７は、受信部Ｃが送信部Ｂの電気的影響を受けないように保護している。遮蔽板が電磁波を遮蔽するというのは図６の断面図を見ればよく分かる。電流を遮断するということもわかる。図６では遮蔽板４７の脚部４８を含む面で切断したものを示すからＳｉ基板を流れる電流が遮蔽板を通らないということは直観的に理解できよう。これについては後にもう一度説明する。
【００５９】
これだけでも良いのであるが、この実施例ではさらにこれとは異なる２種類の遮蔽板を追加している。図６の縦断面図を見るとわかるが、境界遮蔽板４７と平行で同じ高さの外殻遮蔽板４９、４９を設けている。これはＳｉ基板３０の外側のベースメタル５１の面に半田付けや鑞付けすることによって保持している。
【００６０】
受信部Ｂと送信部Ｃの分離という点では外殻遮蔽板４９の作用はあまり重要でない。境界遮蔽板４７と外殻遮蔽板４９だけでも良いのである。それはそうなのであるが、ここではさらに境界遮蔽板４７と外殻遮蔽板４９の上に屋根遮蔽板５０を乗せている。これらは半田付けなどによって強固に結合される。外殻遮蔽板４９は電磁的遮蔽というだけでなく屋根遮蔽板５０を安定に保持するという構造材、補強材としての役割をも持っている。
【００６１】
図６に見るように、送信部Ｂは側方上方の三方を遮蔽板４９、５０、４７によって囲まれる。下方は金属製のベースメタル５１によって囲まれる。つまり送信部Ｂは四方を金属の遮蔽部材によって包囲されている。前後は抜けているのであるが、内部に接着剤などを充填する必要があり、前後方向に空間が連通するようにしなければならない。
【００６２】
このような空間的な遮蔽構造が光学的なクロストークに直接の効果があるのは明白である。ＬＤからの散乱光や迷光が空間を伝搬してＰＤに至る可能性は遮蔽板のために著しく低減する。Ｓｉ基板は１．３μｍ光、１．５５μｍ光に透明であるが、Ｓｉ基板の大半は遮蔽板の脚部によって遮蔽されるのでＳｉ基板内部を通る散乱光をも遮断できる。光学的クロストークの他に電気的クロストークがある。本発明の機構は電気的クロストークの排除においても効果がある。これは光学的なものに比較して分かりにくいので特に詳しく説明する。
【００６３】
送信部Ｂの駆動用ＩＣ４４やＬＤ４２は強い電磁波と電流を発生する。電磁波は空間伝搬するものであるが、四方の遮蔽部材によって阻まれ外部に出ない。交流電流は中央の境界遮蔽板によって遮断される。電磁波の遮断のために四方を囲むというのはよくなされるが、中央の遮蔽板４７は電流をも遮断しており、これが斬新な機構となっている。
【００６４】
受信部Ｃは、側方と上方を遮蔽板５０、４９、４７によって囲まれる。底部はベースメタル５１で囲まれる。つまり、これも四方を金属の遮蔽部材によって包囲されている。これには送信部や外部からの電磁波（電波）から受信部Ｃを保護する作用がある。受信部Ｃにも接着剤を充填する必要があり、遮蔽部材は前後が開いている。
【００６５】
図７はそのような効果を説明するための縦断面図である。送信部Ｂと受信部Ｃの間に遮蔽板４７がありＳｉ基板３０の下底にベースメタル５１がある。ベースメタル５１、遮蔽板４７は電気的に接続されグランド電位となっている。Ｓｉ基板と素子、パターン間には静電容量が形成される。Ｓｉ基板内部にも等価抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を想定できる。しかし等価抵抗Ｒ２は中央の遮蔽板４７によって遮断されている。つまりＲ２の抵抗値は無限大となる。だから送信部Ｂから受信部Ｃへの交流電流によるノイズを遮蔽板がカットすることができる。
【００６６】
図７は、脚部を含んだ部位の断面図であり、実施例１は櫛歯状脚部をもつから歯のない部分ではＳｉ基板は左右連続する。しかし、その場合でも境界線では電位はほぼ０になり電流は流れにくい。電流抑制効果はかなり大きいものである。通過電流を完全に除去するには後に述べる実施例３を利用するとよい。
【００６７】
ノイズの問題は定量的理論的な議論が難しい。経験的、実験的に定めるしかない。Ｓｉ基板は導体であるから、その裏面にグランドであるベースメタルを付けているのでＳｉ基板もグランド電位の筈である。だから図４の仮想例のようにＳｉ基板を流れる交流電流によってノイズが送信部から受信部へ伝達されるということ自体が分かりにくい。これは本発明者が初めて指摘した問題である。
【００６８】
Ｓｉ基板は導体でグランド電位だということに間違いはないが、Ｓｉは半導体であり金属に比べ抵抗が高い。だから安定な信頼できるグランドではない。不安定な頼りないグランドだということができる。抵抗が高いためにＳｉ基板の底面がたとえベースメタルに接触していたとしてもＳｉ基板表面には電場勾配ができ電流が流れてしまう。だから図４の仮想例のような等価回路が成立する。本発明は図７のように遮蔽板で電流を切るからＳｉ基板中の電流によるノイズをも効果的に防ぐことができる。
【００６９】
そのような送受信モジュールの製造方法を述べる。厚さ１ｍｍのＳｉ基板３０の後半部に、絶縁用のＳｉＯ２層（厚さ１μｍ前後）３１を酸化法、スパッタリング法などによって形成する。異方性エッチングによってファイバ固定のＶ溝３２、３３を穿つ。ＬＤ４２、ＰＤ４３あるいは電子回路素子４４、４５を実装するメタライズパターン３６〜４１を印刷法、蒸着法によって形成する。さらに、超音波加工で、遮蔽板固定用開口部（短冊穴）４６を複数個形成しておく。この上に、光ファイバ３４、３５以外の部品（ＬＤ４２、ＰＤ４３、駆動用ＩＣ４４、増幅器４５）をＳｉ基板３０上に実装してゆく。
【００７０】
次に、例えばＦｅ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｋｏｖａｒ、真鍮などの板を櫛の歯状に加工して脚部４８を設けた遮蔽板４７を作製する。遮蔽板４７の脚部４８を開口部４６に挿入する。Ｓｉ基板３０の裏面にリードフレームのベースメタル５１を導電性ペーストで固定する。このとき同時に遮蔽板４７の脚部４８も導電性ペーストによってベースメタル５１に接合固定される。
【００７１】
遮蔽板としては、境界に設ける遮蔽板４７が最も効果が大きく必須である。が、より効果を高めるために、外殻遮蔽板４９や屋根遮蔽板５０を加えてゆくと良い。
外殻遮蔽板４９は単純な矩形金属板で下底部をベースメタル５１に接合する。屋根遮蔽板５０は境界遮蔽板４７、外殻遮蔽板４９の頂部に導電性ペーストによって接合する。
【００７２】
ついでＶ溝３２、３３に光ファイバ３４、３５を挿入し接着剤によって固定する。光ファイバ３４のコアはＬＤ４２の発光部と一直線上に並ぶ。光ファイバ３５のコアはＰＤ４３の受光部分と直線上に並ぶ。
【００７３】
受信光Ｒは光ファイバ３５を通りＰＤ４３に入り、ここで光電変換され増幅器４５で増幅される。送信電気信号は駆動用ＩＣ４４によって生成され、これがＬＤ４２に電流として与えられる。ＬＤ４２は送信光信号を生成し、それが光ファイバ３４を通って外部へ送信される。
【００７４】
さらに、Ｓｉ基板３０の外側にも二条の開口部列をうがって、櫛歯状脚部を設けた外殻遮蔽板４９をその外側開口部に通して固定し、下端をベースメタルに接着するようにもできる。こうすると送信部Ｂ、受信部Ｃを遮蔽板４７、４９、５０、ベースメタル５１によって、より狭く囲い込むことができる。クロストーク抑制効果は一層向上する。
【００７５】
［実施例２（櫛歯状脚部をもつ遮蔽板；光導波路タイプ）］
実施例１は光ファイバを用いるモジュールの例であったが、本発明はＳｉ導波路による結合の場合にも適用できる。この場合は、導波路と、相手側の光ファイバは光学コンタクトで接合される。図８、９に示す。実施例２において光ファイバがなくて、それを収容するＶ溝もない。その代わりに導波路が形成されている。
【００７６】
Ｓｉ基板に導波路を形成する方法は幾つかある。例えば、Ｓｉ基板の上に全面に第１のＳｉＯ２層を酸化法、スパッタリング法によって形成し、Ｇｅなどの屈折率を上げるドーパントを添加した第２のＳｉＯ２層をさらに重ねて設け、リソグラフィによって光導波路となる部分だけを残し第２層の他の部分をエッチング除去する。さらに第３のＳｉＯ２層を設けて全体を被覆する。第２層は屈折率の高い平行のコアとなり、第１層、第３層のＳｉＯ２はクラッド層となる。そのようにして光導波路５５、５６を設ける。外部の光ファイバの端部を光導波路５５、５６の前端に接合する。
【００７７】
実施例１と同様に、境界線に沿って短冊状の開口部４６を断続的に穿つ。これは図８の右に書いた境界遮蔽板４７の櫛歯状脚部４８を差し込むための穴の列である。
【００７８】
Ｓｉ基板３０にはいくつかの電極パターン・配線パターン３６〜４１を形成する。送信用光導波路５５の後方のパターン３８にはＬＤ４２を、受信用導波路５６の後方のパターン３９にはＰＤ４３を実装する。ＬＤ４２の後方のパターン３６には駆動用ＩＣ４４を設ける。ＰＤ４３後方のパターン３７には増幅器４５を搭載する。これらの電気的素子、電気光学的素子の電極、配線パターンなどはワイヤ６１〜６６によって接続される。
【００７９】
以下の構造も実施例１と同様である。Ｓｉベンチ３０をリードフレームのベースメタル５１に接合する。境界線の開口部４６に遮蔽板４７の櫛の歯状脚部４８を差し込み、下端をベースメタル５１に接着する。これと送信部Ｂ、受信部Ｃの外側に金属製の外殻遮蔽板４９を立て、ベースメタル５１に接着する。境界遮蔽板４７、外殻遮蔽板４９の上に屋根遮蔽板５０を接着する。遮蔽板の群は、送信部Ｂと受信部Ｃを囲み、両者を隔離する。電気的な遮蔽、光学的な遮蔽の作用がある。これによって送信部から受信部への信号の電気的、光学的まわりこみを禁止しクロストークを抑制する。
【００８０】
［実施例３（複数受信部）］
実施例１、２は最も効果の大きい光送受信器を一体化した例で説明した。送信器がなく複数のレベルの異なる受信部を含む装置の場合、隣接受信部からのノイズが混入するということはありうる。本発明は受信レベルの異なる受信機を複数個並べて使用する受信専用装置にも適用できる。その組み合わせは自由である。ここでは図示を略するが、例えば図５、６、あるいは図８、９において、ＬＤ４２をＰＤに、駆動用ＩＣ４４を増幅器に置き換えたものがその例となる。
【００８１】
［実施例４（帯状脚部をもつ遮蔽板；光ファイバタイプ；光学的クロストーク抑制）］
すでに述べたように光通信装置において光学的クロストークの抑制も重要である。本発明は、もう一つの光クロストークも大幅に低減するという優れた効果を発揮する。Ｓｉ基板は可視光には不透明であるが、光通信に使われる１．３μｍ、１．５５μｍには透明でＬＤの強烈な散乱光、迷光がＳｉ基板を通して隣接ＰＤに入る可能性があった。境界遮蔽板４７はそのような散乱光、迷光を遮断するという作用もある。散乱光、迷光であるから様々の経路をとってＰＤに至る可能性がある。だから外殻遮蔽板や、屋根遮蔽板も散乱光などの遮蔽に有効である。
【００８２】
実施例１（図５、６）や実施例２（図８、９）の境界遮蔽板４７はＳｉ基板より上では穴のない平板であるが、脚部は櫛歯状である。歯のない部分を通してＬＤ散乱光がＰＤにまで漏れるということもありうる。それをも遮断したいという場合に次のような改良が有効である。図１０、１１にそれを示す。
【００８３】
実施例４において、Ｓｉ基板３０の受信部Ｃと送信部Ｂの境界線に沿って連続する細い開口部５２を穿っている。右側に遮蔽板５３を示すが、これは細長開口部５２に対応して連続する帯状脚部５４をもっている。これをＳｉ基板の開口部５２に差し込むとＳｉ基板内部のＬＤ・ＰＤ間の光路がほぼ完全に遮断されてしまう。図１１の断面図（実施例４）では、図６の断面図（実施例１）とその差異がわからないが、境界遮蔽板５３の脚部５４はＬＤ・ＰＤ間、増幅器・駆動用ＩＣ間を長く分離遮蔽している。これによってＳｉ基板の下を潜り込んでやってくるような散乱光、漏れ光を防ぐことができる。さらに電流によるクロストークについても、図１０、図１１の方がより完全である。ただし薄いＳｉ基板は弱いのであまり長い開口部を穿つことは難しい。
【００８４】
［実施例４（図１０、１１）と仮想例（図３、４）の受信感度の比較］
図３、４（仮想例）と図１０、１１（実施例４）の装置の受信感度特性を比較した。初めに共通の部分を説明する。特徴部分に由来する違いを調べるには、特徴部分以外は全て同一にすべきである。だからここでは遮蔽板部分以外は同一の構造のものを作製して比較した。
【００８５】
Ｓｉベンチは幅５ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚み１ｍｍである。送受信光ファイバＳ、Ｒの間隔は１．２５ｍｍとした。ファイバ固定のＶ溝部分３２、３３の長さを５ｍｍ、ＬＤ／ＰＤ／Ｓｉ−ＩＣの実装部の長さを５ｍｍとした。つまり１０ｍｍ長さのＳｉベンチを５ｍｍずつ半分に分けたものである。
【００８６】
ＬＤは活性層がＩｎＧａＡｓＰの１．３μｍ−ＦＤ−ＬＤである。ＰＤは受光層がＩｎＧａＡｓの導波路型端面入射型ＰＤである。ＬＤ、ＰＤのチップサイズはいずれも３００μｍ×３００μｍ×１５０μｍである。
【００８７】
ＬＤは活性層をＳｉベンチ側に実装し、ＰＤは受光層側をＳｉベンチ側に実装した。つまり両方ともにエピダウンで取り付けている。
ＳｉＯ２の絶縁層の厚みは１μｍである。その上に厚み２μｍのＡｕの電極パターンを形成した。ＬＤのドライバ（駆動用ＩＣ）は、１．２ｍｍ角のＳｉ−ＩＣである。ＰＤの増幅器は１．０ｍｍ角のＳｉ−ＩＣである。
【００８８】
図１０、１１（実施例４）の場合は遮蔽板５３、４９、５０の全てを採用した。遮蔽板として厚み０．２ｍｍの真鍮板を用いた。
【００８９】
Ｓｉ基板に長穴を開けるために、ＳｉＯ２をコ−ティングする前に、前もってエッチングによって長穴よりやや広い幅０．５ｍｍの溝をＳｉ基板の表裏両側から設けておいた。
【００９０】
長穴（開口部５２）の加工は、超音波加工による。遮蔽板５３の長さは長さ１０ｍｍ、高さ３ｍｍ、脚部は長さ８ｍｍ、高さ１ｍｍとした。
【００９１】
図３、４（仮想例）の場合も、図１０（実施例４）の場合もＬＤ／ＰＤ／ＩＣの周りは全体をシリコーン系の透光性樹脂でポッティングしている。これは、ＬＤ／ＰＤと光ファイバ間の光路の屈折率マッチングをとるためと、Ｓｉ−ＩＣの保護のためである。
【００９２】
図１０（実施例４）の場合は、この後、境界遮蔽板５３と外殻遮蔽板４９を低温半田で半田付けした。仮想例（図３、４）の場合は遮蔽板を設けなかった。
このようにして仕上がった従来タイプと本発明のタイプを１５６Ｍｂｐｓで動作させた。
【００９３】
光ファイバの出力０ｄＢｍのときに、仮想例の構造では、最小受信感度は−３０ｄＢｍであった。同じ条件で実施例４のタイプでは、最小受信感度は−３６ｄＢｍであった。最小受信感度が６ｄＢｍも小さくなっており本発明装置が極めて高感度であることがわかる。
【００９４】
これは本発明の遮蔽構造が、空間を伝搬する電気クロストークや光クロストークを低減し、さらにグランドの強化によってこの効果が確実なものとなり、さらに基板を通る電気的、光学的クロストークも低減できるからである。
以上では、駆動用ＩＣと増幅器を含む例で説明したが、単に発光素子と受光素子だけの場合でも配線部分は必ず存在するため、同様にクロストーク低減の効果が得られる。そして、発光素子のみと受光素子、増幅器の場合でも同様にクロストークは低減され、発光素子、駆動用ＩＣと受光素子のみの組み合わせの場合でも同じ効果が得られる。
【００９５】
【発明の効果】
精度良く光ファイバや部品を実装できるＳｉベンチに開口部を設けて遮蔽構造を構築しＳｉベンチ下のベースメタルに接続し安定なグランドとすることによって、電気（電磁波、電流）的遮蔽を完全にする。それとともに、遮蔽板は散乱光も遮断し光クロストークも大幅に低減できる。
【００９６】
以上のように、本発明の送受信器では、確実に電気クロストークと光クロストークをなくすことができる。小型かつ低コストで高性能の光送受信器ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属パッケージに収容されたＬＤモジュール、ＰＤモジュール、送信用電子回路素子、受信用電子回路素子をプリント基板に取り付けた従来例にかかる大型の光送受信モジュールの概略平面図。
【図２】高橋龍太、村上和也、須永義則、所武彦、小林雅彦「ＳＦＦ光トランシーバ用光素子実装方法の検討」１９９９年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、講演番号Ｃ−３−２８、ｐ１３３（１９９９）によって提案された２光ファイバタイプの送受信モジュール平面図。
【図３】ＬＤの駆動用ＩＣやＰＤの増幅器はＳｉ基板に薄い絶縁層を介して接合しており静電容量を通じてＳｉ基板とこれらの電気的素子が結合することを説明するための仮想例のＳｉ基板、電気素子、光ファイバ、光電素子の縦断面図。
【図４】ＬＤの駆動用ＩＣやＰＤの増幅器はＳｉ基板に薄い絶縁層を介して接合しており静電容量を通じてＳｉ基板とこれらの電気的素子が結合し、Ｓｉ基板は有限の抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を有する導体として働き、送信部の駆動用ＩＣ、パターンから、受信部の増幅器、パターンへ交流電流が流れることによって電気的クロストークが起こることを説明するための仮想例のＳｉ基板、光電素子、パターンの縦断面図。
【図５】平行２本の光ファイバ、送信部、受信部をＳｉ基板上に設け、境界線に断続する開口部を穿った状態の実施例１の平面図と境界の開口部に差し込むべき櫛の歯状脚部を有する遮蔽板の側面図。
【図６】平行２本の光ファイバ、送信部、受信部をＳｉ基板上に設け、境界線に断続する開口部を穿ったＳｉ基板に、櫛の歯状脚部を有する境界遮蔽板を差し込みベースメタルに接着し、送信部、受信部の両側に外殻遮蔽板を立て、境界遮蔽板と外殻遮蔽板の上に屋根遮蔽板を設けた実施例１の電気的素子の部分で切断した縦断面図。
【図７】送信部と受信部の境界線の開口部に導電性の遮蔽板を差し込んでＳｉ基板下のベースメタルに遮蔽板を接合した本発明の構造において、送信部からＳｉ基板を伝わって流れる電流が遮蔽板によって遮断されることを示す説明用の断面図。
【図８】平行２本の光導波路、送信部、受信部をＳｉ基板上に設け、境界線に断続する開口部を穿った状態の実施例２の平面図と境界の開口部に差し込むべき櫛の歯状脚部を有する遮蔽板の側面図。
【図９】平行２本の光導波路、送信部、受信部をＳｉ基板上に設け、境界線に断続する開口部を穿ったＳｉ基板に、櫛の歯状脚部を有する境界遮蔽板を差し込みベースメタルに接着し、送信部、受信部の両側に外殻遮蔽板を立て、境界遮蔽板と外殻遮蔽板の上に屋根遮蔽板を設けた実施例２の電気的素子の部分で切断した縦断面図。
【図１０】平行２本の光ファイバ、送信部、受信部をＳｉ基板上に設け、境界線に連続する長い開口部を穿った状態の実施例４の平面図と境界の開口部に差し込むべき長い帯状脚部を有する遮蔽板の側面図。
【図１１】平行２本の光ファイバ、送信部、受信部をＳｉ基板上に設け、境界線に連続する長い開口部を穿ったＳｉ基板に、長い帯状脚部を有する境界遮蔽板を差し込みベースメタルに接着し、送信部、受信部の両側に外殻遮蔽板を立て、境界遮蔽板と外殻遮蔽板の上に屋根遮蔽板を設けた実施例４の電気的素子の部分で切断した縦断面図。
【符号の説明】
１ ＬＤ
２ ＰＤ
３ 光ファイバ
４ 光ファイバ
５ 配線基板
６ 送信用電子回路
７ 受信用電子回路
８ 金属遮蔽板
９ ピン
１０ Ｓｉ基板
１１ ＳｉＯ２絶縁層
１２ Ｖ溝
１３ Ｖ溝
１４ 光ファイバ
１５ 光ファイバ
１６〜２１ 電極パターン
２２ ＬＤ
２３ ＰＤ
２４ 駆動用ＩＣ
２５ 増幅器
２６ 境界線
２７ 電気的素子
２８ 電極パターン
２９ 絶縁層
３０ Ｓｉ基板
３１ ＳｉＯ２絶縁層
３２ Ｖ溝
３３ Ｖ溝
３４ 光ファイバ
３５ 光ファイバ
３６〜３９電極パターン
４０、４１ 配線パターン
４２ ＬＤ
４３ ＰＤ
４４ 駆動用ＩＣ
４５ 増幅器
４６ 開口部
４７ 境界遮蔽板
４８ 櫛歯状脚部
４９ 外殻遮蔽板
５０ 屋根遮蔽板
５１ ベースメタル
５２ 開口部
５３ 境界遮蔽板
５４ 帯状脚部
５５ 送信光用光導波路
５６ 受信光用光導波路
６１〜６６ ワイヤ
７０ モニタＰＤ
Ｂ 送信部
Ｃ 受信部
Ｓ 送信光
Ｒ 受信光
Claims (9)
- Ｓｉ基板上に、複数の光学的な結合手段と、発光素子よりなる送信部と、受光素子よりなる受信部とを設けてあり、送信部、受信部の境界に沿ってＳｉ基板に開口部を穿ち、Ｓｉ基板裏面にベースメタルを接合し、開口部に少なくとも１枚の導電性遮蔽板の脚部を差し込み下端をベースメタルに接着し、遮蔽板脚部によってＳｉ基板を流れる電流を遮断した事を特徴とする光通信装置。
- Ｓｉ基板上に、複数の光学的な結合手段と、発光素子、駆動用ＩＣよりなる送信部と、受光素子よりなる受信部とを設けてあり、送信部、受信部の境界に沿ってＳｉ基板に開口部を穿ち、Ｓｉ基板裏面にベースメタルを接合し、開口部に少なくとも１枚の導電性遮蔽板の脚部を差し込み下端をベースメタルに接着し、遮蔽板脚部によってＳｉ基板を流れる電流を遮断した事を特徴とする光通信装置。
- Ｓｉ基板上に、複数の光学的な結合手段と、発光素子よりなる送信部と、受光素子、増幅器よりなる受信部とを設けてあり、送信部、受信部の境界に沿ってＳｉ基板に開口部を穿ち、Ｓｉ基板裏面にベースメタルを接合し、開口部に少なくとも１枚の導電性遮蔽板の脚部を差し込み下端をベースメタルに接着し、遮蔽板脚部によってＳｉ基板を流れる電流を遮断した事を特徴とする光通信装置。
- Ｓｉ基板上に、複数の光学的な結合手段と、発光素子、駆動用ＩＣよりなる送信部と、受光素子、増幅器よりなる受信部とを設けてあり、送信部、受信部の境界に沿ってＳｉ基板に開口部を穿ち、Ｓｉ基板裏面にベースメタルを接合し、開口部に少なくとも１枚の導電性遮蔽板の脚部を差し込み下端をベースメタルに接着し、遮蔽板脚部によってＳｉ基板を流れる電流を遮断した事を特徴とする光通信装置。
- Ｓｉ基板上に、複数の光学的な結合手段と、受光素子、増幅器よりなる複数の受信部を設けてあり、複数受信部の境界に沿ってＳｉ基板に開口部を穿ち、Ｓｉ基板裏面にベースメタルを接合し、開口部に少なくとも１枚の導電性遮蔽板の脚部を差し込み下端をベースメタルに接着し、遮蔽板脚部によってＳｉ基板を流れる電流を遮断した事を特徴とする光通信装置。
- 上記光学的な結合手段が、光ファイバである事を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光通信装置。
- 上記光学的な結合手段が、光導波路である事を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光通信装置。
- 上記開口部が、Ｓｉ基板の受信部、送信部の境界、或いは複数受信部の境界にそって、断続的に設けた複数穴であることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の光通信装置。
- 上記開口部が、Ｓｉ基板の受信部、送信部の境界、或いは複数受信部の境界にそって、連続的に設けた帯状長穴であることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の光通信装置。
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