KR0181896B1 - 고속 광 모듈의 광대역화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속 광모듈의 광대역화 장치에 관한 것으로서, 특히 팩키지 웰의 외부 측벽에 복수개의 핀으로 형성되고 동축선으로부터 입력되는 고주파를 입력받는 외부리드프레임과, 접지 기생 인덕턴스를 줄이기 위해 상기 팩키지 웰의 내부 측벽에 접합된 공통접지와 상기 외부리드프레임을 통해 입력되는 고주파를 입력으로 받는 신호선이 형성된 내부리드프레임으로 고주파신호입력단을 이루는 통신 모듈에 있어서, 상기 내부리드프레임과 임피던스 정합을 위한 서브 마운트 블록 사이에 다중 본딩와이어로 연결된 메탈 베이스와, 상기 메탈 베이스 측면에 정합저항과 일체형으로 형성된 단일 칩 커패시터와, 상기 광송신 모듈에 이중 본딩와이어로 연결된 레이져 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 정합저항과 칩 캐패시터를 병렬로 구현하면서 일체형으로 제작하기 때문에 기생 인덕턴스를 감소할 수 있고, 다중 본딩 와이어를 사용하는 경우 본딩 와이어 연결이 편리하며, 연결의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

고속 광 모듈의 광대역화 장치

본 발명은 통신시스템에 관한 것으로서, 특히 내부 신호선 배치 및 실장 구조의 최적 설계와 리드프레임과 본딩와이어의 기생 인덕턴스를 보상할 수 있는 회로설계로 광대역 광통신모듈의 전송 신뢰성의 향상과 실용화할 수 있도록 한 고속 광 모듈의 광대역화 장치에 관한 것이다.

기존의 2.5Gbps용 모듈의 경우 일반적으로 50Ω의 내부 임피던스를 갖는 구동회로 및 전송선을 사용하고 있으며, 일부 해외 기업에서 25Ω의 특성 임피던스를 갖는 모듈을 사용하고 있다.

도 1 은 50Ω의 내부 특성 임피던스를 갖는 일반적인 광송신 모듈의 고주파 부분만을 발취하여 도시한 도면으로서, 도시한 바와 같이 팩키지 웰의 외부 측벽에 복수개의 핀으로 형성되고 동축선으로부터 입력되는 고주파를 입력받는 외부리드프레임(1)과, 접지 기생 인덕턴스를 줄이기 위해 상기 팩키지 웰의 내부 측벽(2)에 접합된 공통접지(G)와 상기 외부리드프레임(1)을 통해 입력되는 고주파를 입력으로 받는 신호선(S)이 형성된 내부리드프레임(3)과, 상기 신호선(S)에 의해 다중 본딩와이어로 연결되고, 병렬로 형성된 제1, 제2 저항(4a)(4b)으로 이루어진 칩저항(4)과, 상기 제1, 제2 저항(4a)(4b)에 다중 본딩와이어로 연결 형성된 DC 바이어스용 도체판(5)과, 상기 DC 바이어스용 도체판(5)에 이중 본딩와이어로 연결 형성된 레이저 다이오드(6)로 구비된다.

미설명도면 부호 7은 임피던스 정합을 위한 서브마운트 블록이다.

상기와 같이 구비된 종래의 장치는 모듈에 인가되는 고주파신호는 동축선으로부터 외부리드프레임(1)에 구비된 11, 12, 13번 핀을 통하여 패키지 측벽(2)내부의 내부리드프레임(3)에 구비된 신호선(S)과 접지선(G)을 통해 CPW(Coplanar Waveguide)에 인가된다. 상기 CPW 리드 프레임(3)은 그 길이가 2.5㎓에서의 파장에 비하여 수십배로 짧기 때문에 그 특성 임피던스가 동축선의 임피던스에 비하여 크게 다르지 않는 경우는 반사파에 의한 변조효율변화를 나타내지 않는다. 상기 CPW의 두접지선(G)은 패키지의 내벽에 직접 접합되어 접지 기생 인덕턴스를 줄이게 되어 있다. 상기 CPW에 연결되는 임피던스 정합용 칩 저항(4a)(4b)들은 각각 100Ω이며 병렬 연결을 통하여 50Ω으로 만듦으로써 다중 본딩와이어가 병렬로 연결되어 기생 인덕턴스를 줄일 수 있도록 설계되었다.

상기 칩 저항(4)의 다른 한쪽은 서브마운트(7)상의 DC 바이어스용 넓은 도체판(5)에 연결되고, 이 도체판(5)의 다른 한쪽 끝은 레이저 다이오드(6)에 이중 본딩와이어로 연결된다.

상기와 같은 구조에서 고주파 변조특성에 가장 중요한 것은 본딩와이어의 인덕턴스와 정합저항 그리고 사용되는 레이져 다이오드의 주파수 특성이다.

특히 직렬 인덕턴스는 높은 주파수에서의 전류 흐름을 방해하여 최대 대역폭을 크게 제한한다.

도 2 는 정합저항(Rm)이 각각 50Ω과 20Ω일 경우에 대한 정규화된 변조특성을 고유 반도체 레이져의 변조 특성과 함께 나타내었다.

이때 구동회로의 출력임피던스는 모듈의 총 직렬저항(정합저항과 레이져 다이오드의 내부저항의 합)과 같게 설정되었다. 여기서 구동회로와 모듈의 특성 임피던스를 25Ω으로 단순 변경할 경우 50Ω일 때 비해 -3㏈대역폭이 각각 3㎓와 10㎓로 7㎓의 대역폭이 감소함을 확인할 수 있다. 그러므로 정합저항을 50Ω에서 20Ω으로 단순히 대체하였을 때 외부 대역폭과 이득의 감소, 잡음의 영향등으로 인하여 2.5㎓에서의 신뢰성 있는 동작을 기대하기 어렵다.

따라서, 기존의 50Ω 모듈을 위해서 개발된 세라믹 패키지 및 부품을 그대로 사용하면서 정합 저항만을 25Ω으로 대치하는 것은 생산단가 측면에서 유리하다. 그러나 이러한 낮은 특성 임피던스의 경우 리드 프레임과 본딩와이어 등의 유도성 기생성분이 고주파에서 전류의 흐름을 방해하여 2.5Gbps시스템에서 사용되는 광변조 모듈의 변조특성 열화로 인한 높은 전송 오율을 유발한다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 기존에 사용되는 50Ω 특성 임피던스 모듈의 세라믹 패키지는 그대로 사용하고 내부 고주파 구조의 부분적 변경을 통하여 25Ω용 모듈로의 전환 및 대역폭 증대와 모듈 생산비의 저가격화를 이루는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 팩키지 웰의 외부 측벽에 복수개의 핀으로 형성되고 동축선으로부터 입력되는 고주파를 입력받는 외부리드프레임과, 접지 기생 인덕턴스를 줄이기 위해 상기 팩키지 웰의 내부 측벽에 접합된 공통접지와 상기 외부리드프레임을 통해 입력되는 고주파를 입력으로 받는 신호선이 형성된 내부리드프레임으로 고주파신호입력단을 이루는 통신 모듈에 있어서, 상기 내부리드프레임과 임피던스 정합을 위한 서브 마운트 블록 사이에 다중 본딩와이어로 연결된 메탈 베이스와, 상기 메탈 베이스 측면에 정합저항과 일체형으로 형성된 단일 칩 커패시터와, 상기 광송신 모듈에 이중 본딩와이어로 연결된 레이져 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 단일 칩 캐패시터는 정합 저항과 동시에 병렬로 배치된 것을 특징으로 한다.

도 1 은 종래 기술인 50Ω의 내부 임피던스를 갖는 광송신 모듈의 고주파 영역만 발췌하여 도시한 도면이다.

도 2 는 도 1에 구비된 정합저항에 대한 정규화된 변조특성을 갖는 고유 반도체 레이져의 변조특성을 나타낸 도면이다.

도 3 은 본 발명에 의한 고속 광 모듈의 광대역화 장치를 설명하기위한 구성 블록도이다.

도 4 는 도 3에 구비된 칩 캐패시터에 대한 정규화된 변조특성을 갖는 고유 반도체 레이져의 변조특성을 나타낸 도면이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3 은 본 발명에 의한 고속 광 모듈의 광대역화 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 도시한 바와 같이 팩키지 웰의 외부 측벽에 복수개의 핀으로 형성되고 동축선으로부터 입력되는 고주파를 입력받는 외부리드프레임(10)과, 접지 기생 인덕턴스를 줄이기 위해 상기 팩키지 웰의 내부 측벽(20)에 접합된 공통접지(G)와 상기 외부리드프레임(10)을 통해 입력되는 고주파를 입력으로 받는 신호선(S)이 형성된 내부리드프레임(30)과, 상기 내부리드프레임(30)과 임피던스 정합을 위한 서브 마운트 블록(70) 사이에 다중 본딩와이어로 연결된 메탈 베이스(40)와, 상기 메탈 베이스(40)에 형성된 정합저항(60)과 일체형으로 형성된 단일 칩 커패시터(50)와, 상기 서브 마운트 블록(70)에 이중 본딩와이어로 연결된 레이져 다이오드(80)로 구성된다. 또한, 상기 단일 칩 캐패시터(50)는 정합 저항(60)과 병렬로 배치되어 다중 본딩와이어의 상호 인덕턴스를 감소시킨다.

도면에서 점선으로 나타낸 A 부분은 우측에 평면적으로 보여주고 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 고속 광모듈의 광대역화 장치는 도 1의 기존 모듈의 고주파 설계부분에서 병렬로 연결된 100Ω의 칩 저항을 560㎛×560㎛의 20Ω의 정합저항(60)과 같은 크기를 갖는 2.5㎊의 칩 캐패시터로(50)의 대체만으로 간편하게 설계할 수 있다. 여기서 20Ω 정합저항에서 발생되는 열은 50Ω의 경우에 비하여 2.5배 작기 때문에 전력소모 및 열적 방출의 문제는 없다. 이러한 정합저항(60)과 보상용량(50)을 3000㎛×2000㎛ 크기의 금 도금된 메탈 베이스(40)에 측면으로 나열하여 동시에 장착한 후 이 메탈 베이스(40)를 서브 마운트(70) 내부에 본딩와이어를 이용하여 부착시키면 기존 모듈의 제작 공정의 큰 변화없이 생산이 가능하다.

도 4 는 도 1에서 보인 모듈의 등가회로를 통하여 계산된 주파수 응답을 나타낸 도면으로서, 이때 정합 저항은 20Ω으로 대체되었으며 도 2에서 보인 바와 같이 모듈 특성 임피던스를 50Ω에서 25Ω으로 대체하였을 때 저하되는 주파수 응답 특성을 개선하기 위하여 보상용량을 사용하였다. 그림에서 보상용량(Ccomp)의 증가에 따라 주파수 응답의 공진 주파수가 낮은 주파수로 점차 이동하면서 주파수 대역폭이 감소함을 관찰할 수 있다.

또한, 보상용량이 2.5㎊일때에 보상용량을 고려하지 않은 기존의 모듈에 비하여 -3㏈대역폭이 2.9㎓에서 4.3㎓로 1.4㎓가 증가하여 결국 47％가 증가 하므로 가장 큰 대역폭의 갖을 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같이 정합저항과 칩 캐패시터를 병렬로 구현하면서 일체형으로 제작하기 때문에 기생 인덕턴스를 감소할 수 있고, 다중 본딩 와이어를 사용하는 경우 본딩 와이어 연결이 편리하며, 와이어 연결의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 팩키지 웰의 외부 측벽에 복수개의 핀으로 형성되고 동축선으로부터 입력되는 고주파를 입력받는 외부리드프레임과, 접지 기생 인덕턴스를 줄이기 위해 상기 팩키지 웰의 내부 측벽에 접합된 공통접지와 상기 외부리드프레임을 통해 입력되는 고주파를 입력으로 받는 신호선이 형성된 내부리드프레임으로 고주파신호입력단을 이루는 통신 모듈에 있어서, 상기 내부리드프레임과 임피던스 정합을 위한 서브 마운트 블록 사이에 다중 본딩와이어로 연결된 메탈 베이스와, 상기 메탈 베이스 측면에 정합저항과 일체형으로 형성된 단일 칩 커패시터와, 상기 광송신 모듈에 이중 본딩와이어로 연결된 레이져 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 고속 광모듈의 광대역화 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 단일 칩 캐패시터는 정합 저항과 병렬로 배치된 것을 특징으로 하는 고속 광모듈의 광대역화 장치.