JP4713634B2

JP4713634B2 - 一芯双方向光モジュール

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Publication number: JP4713634B2
Application number: JP2008502599A
Authority: JP
Inventors: 貞二郎小里; 幸一郎増子
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2026-02-28
Also published as: JPWO2007099612A1; WO2007099612A1; US20090129783A1; EP1990875A1; CN101385208A; US7917036B2; KR20080087904A; CN101385208B; KR101025267B1; EP1990875A4

Description

本発明は、一芯双方向光モジュールに関し、より具体的には、その要部を構成する双方向光サブアセンブリおよびそれを組み込むトランシーバに関する。

近年、高速・大容量通信という市場ニーズのために加入者系通信網の光ファイバ化が急加速し、その通信方式として、１本のシングルモード光ファイバに1310 nm帯と1490 nm帯の２波長で送信および受信を行う波長分割多重方式（WDM：Wavelength Division Multiplexing）が脚光を浴びている。特に、局対宅が１対ｎである受動光ネットワーク（PON：Passive Optical Network）システムが注目され、局側のための1490 nm送信／1310 nm受信（OLT：Optical Line Terminal）用の一芯双方向光モジュールと、宅側のための1310 nm送信／1490 nm受信（光加入者線終端装置（ONU：Optical Network Unit））用の一芯双方向光モジュールの開発が活発化し、膨大な数量が見込まれるONU用モジュールの小型化・低コスト化が希求されている。
一芯双方向光モジュールの要部を構成する双方向光サブアセンブリ（bi-directional optical subassembly）（以下、BOSA）は、通常、レーザダイオード（LD）用とフォトダイオード（PD）用の２つのパッケージ（即ち、TO-CANと呼ばれるキャンキャップでそれぞれパッケージングされたもの）と、ファイバピグテイルと、波長分割多重（WDM）フィルタと、それらを保持するためのハウジングとから構成される。LD用キャンキャップとPD用キャンキャップは、直角に配置され、LD用およびPD用の接続ピンも直角を成す。それらのピンの間の距離寸法は、送信側と受信側の間の電気クロストークを低減するために、相対的に長くしなければならない。
このような２つのTO-CANから成るタイプのBOSAの場合、設計の自由度が阻害され、構造が複雑となりがちであり、多数の製造工程が不可欠なために製造コストの低減が困難である等といった課題があった。
これを解決するために、単一のTO-CANの内部に、LDおよびPDの各チップやそれぞれの光学系・電気系を一括して収容配置する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
米国特許出願公開第2005/0084268号

しかしながら、上記TO-CANの中に送受信のための光要素および電気要素を一括して収容する構造の場合、光クロストーク（迷光）および電気クロストークといった電気的および光学的な干渉が大きな障害となり、小型化および低コスト化は著しく困難であるのが実情である。
そこで、本発明では、単一のTO-CANパッケージの中に送受信の光要素を合理的に収容しつつ、不可避と考えられるクロストークを抜本的に改善（低減）できる光モジュールを実現することをその課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様（ａｓｐｅｃｔ）は、双方向光サブアセンブリであって、レーザダイオードと、フォトダイオードと、前記レーザダイオードおよび前記フォトダイオードを搭載するためのステムと、前記レーザダイオードおよび前記フォトダイオードを、ステムと協働して密封するためのキャップと、光学および／または電気クロストーク低減のためのクロストーク低減構造と、を含み、前記ステムは、円盤状の台座と、そこから垂直に突出し、前記レーザダイオードおよび前記フォトダイオードが実装されるシリコン基板をその上側に搭載する突起と、を有し、前記突起はグランド電位を有し、送信側用のリードピン群と受信側用のリードピン群とを含む、複数の電気接続用のリードピンが、前記ステムに貫通配置され、前記送信側用のリードピン群が前記シリコン基板の表面より下側に配置され、前記受信側用のリードピン群が前記シリコン基板の表面より上側に配置されたことを特徴とする。
本発明の第２の態様は、第１態様において、前記ステム突起とは反対の側で前記送信側用のリードピン群と前記受信側用のリードピン群の２つのグループに分けられ、双方が平行に配置される構成を有し、その２つのグループの間には、内層にグランド層を有するプリント回路基板が配設されることを特徴とする。
本発明の第３の態様は、第１態様または第２態様において、前記フォトダイオードからの受信信号を増幅するためのトランスインピーダンスアンプを含み、前記クロストーク低減構造は、前記レーザダイオードまたはそこに接続された電極パッドと送信側リードピンを接続するワイヤ対と、前記フォトダイオードまたはそこに接続された電極パッドと前記トランスインピーダンスアンプを接続するワイヤ対と、前記トランスインピーダンスアンプと受信側リードピンを接続するワイヤ対と、を含み、それぞれのワイヤ対同士が互いに略直交するように敷設されることを特徴とする。
本発明の第４の態様は、第１態様において、前記クロストーク低減構造は、前記レーザダイオードと前記フォトダイオードとの間に配設され、前記レーザダイオードから前記フォトダイオードへの迷光を物理的に阻止し得るブロックを含むことを特徴とする。
本発明の第５の態様は、第４態様において、前記ブロックは、前記レーザダイオードおよび／または前記フォトダイオードのための回路基板を含むことを特徴とする。
本発明の第６の態様は、第１態様において、前記クロストーク低減構造は、前記レーザダイオードの後方位置に配設され、前記レーザダイオードの後方光を吸収し得る樹脂を含むことを特徴とする。
本発明の第７の態様は、第６態様において、前記レーザダイオードおよび前記フォトダイオードが実装されるシリコン基板を更に含み、前記樹脂は、前記シリコン基板上に配設されることを特徴とする。
本発明の第８の態様は、第６態様または第７態様において、前記ステムは、円盤状の台座と、そこから垂直に突出し、前記レーザダイオードおよび前記フォトダイオードが実装されるシリコン基板を搭載する突起と、を有し、前記樹脂は、前記ステムの台座に配設されることを特徴とする。
本発明の第９の態様は、第１態様において、レセプタクルと、前記レセプタクルの前記キャップ側の光出入端に設けられ、光軸に対して所定角度傾いている光学フィルタと、を更に含むことを特徴とする。
本発明の第１０の態様は、第１態様において、前記クロストーク低減構造は、前記キャップの内面に形成され、赤外線を吸収し得る層を含むことを特徴とする。
本発明の第１１の態様は、第１０態様において、前記層は、黒色メッキ層を含むことを特徴とする。
本発明の第１２の態様は、第１０態様において、前記層は、樹脂層を含むことを特徴とする。

本発明の第１３の態様は、光トランシーバであって、レーザダイオードと、フォトダイオードと、前記レーザダイオードおよび前記フォトダイオードを搭載するためのステムと、前記レーザダイオードおよび前記フォトダイオードを、ステムと協働して密封するためのキャップと、光学および／または電気クロストーク低減のためのクロストーク低減構造と、を含む双方向光サブアセンブリと、前記双方向光サブアセンブリのための光送受信用のプリント回路基板と、前記双方向光サブアセンブリおよび前記プリント回路基板を覆うアウターケースと、を含み、前記ステムは、円盤状の台座と、そこから垂直に突出し、前記レーザダイオードおよび前記フォトダイオードが実装されるシリコン基板をその上側に搭載する突起と、を有し、前記突起はグランド電位を有し、送信側用のリードピン群と受信側用のリードピン群とを含む、複数の電気接続用のリードピンが、前記ステムに貫通配置され、前記送信側用のリードピン群が前記シリコン基板の表面より下側に配置され、前記受信側用のリードピン群が前記シリコン基板の表面より上側に配置されたことを特徴とする。
本発明の第１４の態様は、第１３態様において、前記フォトダイオードからの受信信号を増幅するためのトランスインピーダンスアンプを含み、前記クロストーク低減構造は、前記レーザダイオードまたはそこに接続された電極パッドと送信側リードピンを接続するワイヤ対と、前記フォトダイオードまたはそこに接続された電極パッドと前記トランスインピーダンスアンプを接続するワイヤ対と、前記トランスインピーダンスアンプと受信側リードピンを接続するワイヤ対と、を含み、それぞれのワイヤ対同士が互いに略直交するように敷設されることを特徴とする。
本発明の第１５の態様は、第１３態様において、前記クロストーク低減構造は、前記レーザダイオードと前記フォトダイオードとの間に配設され、前記レーザダイオードから前記フォトダイオードへの迷光を物理的に阻止し得るブロックを含むことを特徴とする。
本発明の第１６の態様は、第１３態様において、前記クロストーク低減構造は、前記レーザダイオードの後方位置に配設され、前記レーザダイオードの後方光を吸収し得る樹脂を含むことを特徴とする。
本発明の第１７の態様は、第１３態様において、レセプタクルと、前記レセプタクルの前記キャップ側の光出入端に設けられ、光軸に対して所定角度傾いている光学フィルタと、を更に含むことを特徴とする。
本発明の第１８の態様は、第１３態様において、前記クロストーク低減構造は、前記キャップの内面に形成され、赤外線を吸収し得る層を含むことを特徴とする。

性能を従来と同等もしくは其れ以上に維持しつつ、構成部品の部品点数を劇的に低減でき、構造簡単かつ製造容易なために、低コスト・大量生産が可能となる。
本発明の上記及び他の目的、作用・効果等については、添付図面及び本発明の実施形態の記載から、当業者に明らかになろう。

本実施形態の双方向光サブアセンブリ（マイクロBOSA）の斜視図である。マイクロBOSAの側面図である。マイクロBOSAの端面図である。マイクロBOSAの回路図である。光トランシーバの斜視図である。光トランシーバの平面図である。光トランシーバの端面図である。光トランシーバの側面図である。アウターケースを取り付けた光トランシーバの斜視図である。マイクロBOSAチップの斜視図である。レセプタクルの斜視図である。キャンキャップの縦断面図である。マイクロBOSAチップの平面図である。ステム上に樹脂を盛る構成を示す図である。シリコン基板上に樹脂を盛る構成を示す図である。キャンキャップ内における送信側および受信側の各配線の配置を示す図である。ステム突起部の上面図である。キャンキャップから突出するリードピンでプリント基板が挟まれる関係を示す図である。ステムに番号付けを行う工程を示す図である。マイクロBOSAチップをダイスボンディング（DB）する工程を示す図である。回路基板を搭載する工程を示す図である。 TIAをダイスボンディングする工程を示す図である。真空ベーキングを行う工程を示す図である。キャップを調芯固定する工程を示す図である。図１４Ｆと同様の図である。 YAG溶接を行う工程を示す図である。

符号の説明

１マイクロBOSA
３プリント回路基板
５光トランシーバアセンブリ
６光トランシーバ
７アウターケース
９マイクロBOSAチップ
１１ステム
１３キャンキャップ
１５レセプタクル
１７接続用円筒部品
１９シリコン基板
２５ WDMフィルタ
２７ガラス板
２９ TIA
３１回路基板
４１ステム円盤部
４３ステム突起部
４５リードピン
４７ファイバスタブ
４９光学フィルタ
５３樹脂
A 1310 nm帯出力信号の光経路
B 1490 nm帯入力信号の光経路
BL ボールレンズ
LD レーザダイオード
LYR 層
PD フォトダイオード
SL シリコンマイクロレンズ

以下、本発明の一実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではないことはいうまでもない。
図１は、本実施形態の超小型の双方向光サブアセンブリ（micro-compact bi-directional optical subassembly）（以下、マイクロBOSAという）１の斜視図であり、図２Ａおよび図２Ｂは、このマイクロBOSA１のそれぞれ側面図と端面図である。図２Ｃは、このマイクロBOSA１の回路図である。図３は、送信および受信等のための（駆動用および電気インターフェース用）プリント回路基板３をマイクロBOSA１に組み付けて成る光トランシーバアセンブリ５の斜視図である。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、この光トランシーバアセンブリ５のそれぞれ平面図、端面図、側面図である。図５は、所定のアウターケース７を取り付けた光トランシーバ６の斜視図である。この光トランシーバ６は、１本の光ファイバに1310 nm帯と1490 nm帯の２波長で送受信を行う波長分割多重（WDM：Wavelength Division Multiplexing）方式の光トランシーバである。

本実施形態のマイクロBOSA１は、その実体を要約すると、少なくとも光双方向機能を実現し得る光デバイスが単一の缶状のキャップ（或いは、パッケージ）にコンパクトに収容されながらも、後述するように迷光などの不都合を見事に解決し得たものと言うことができる。
マイクロBOSA１は、例えば、全長が約16.4 mm、直径が約6.6 mmであって、従来のSFF（Small Form Factor）トランシーバパッケージに容易に組み込み得る程に十分に小さいものである。マイクロBOAS１は、一見すると、TO同軸OSA（Optical Subassembly）のような外観を呈するともいえる。

図１を参照すると、マイクロBOSA１は、基本的に、マイクロBOSAチップ９と、マイクロBOSAチップ９が搭載されるステム１１と、マイクロBOSAチップ９を覆って密封シールするためのボールレンズ付きキャップ（以下、「キャンキャップ」、或いは、一般的な「TO-CAN」という用語を用いる場合がある）１３と、レセプタクル（例えば、SC形の光コネクタ）１５と、キャンキャップ１３およびレセプタクル１５を連結するための接続用円筒部品１７と、を含む。

図６を参照すると、マイクロBOSAチップ９は、例えば、2.4 mm×2.4 mmのシリコン基板（SiOB：シリコンオプチカルベンチ）１９と、これに実装される次の各種部品、すなわち、レーザダイオードLDおよびフォトダイオードPDの各チップと２つのシリコンマイクロレンズSLと波長分割多重フィルタ（以下、WDMフィルタ）２５とを含む。PDチップは、ガラス基板２７を介してシリコン基板１９上に実装される。シリコン基板１９上には、他に、TIA（トランスインピーダンスアンプ）２９と、セラミック基板（回路基板３１）とが実装される。
使用されるLDチップとPDチップとWDMフィルタ２５は、従来の光コンポーネントのために低コストで大量生産される汎用部品で構成できる。

２つのシリコンマイクロレンズSLは、いわゆる回折レンズであって、空間結合型の一芯双方向機能をコンパクトに実現するためのものである。
図６から理解され得るように、一方のシリコンマイクロレンズSLは、LDチップとWDMフィルタ２５との間に配置され、LDチップからの出射光（例えば、1310 nm）をコリメートするための、例えば、非球面の近接シリコンマイクロレンズである。他方のシリコンマイクロレンズSLは、PDチップとWDMフィルタ２５との間に配置され、WDMフィルタ２５からの入射光（例えば、1490 nm）を収束させてPDに導くための、例えば、非球面の近接シリコンマイクロレンズである。図６において、Ａは、1310 nm出力信号の光経路を示し、Ｂは、1490 nm入力信号の光経路を示す。
両シリコンマイクロレンズSLは、従来のシリコンLSI製造技術に基づいて低コストで高精度に製作できる。各シリコンマイクロレンズSLは、パッシブアライメント技術により、例えば、シリコン基板１９に設けた対応するV溝（図示せず）に表面実装される。詳細には、対応V溝に対してシリコンマイクロレンズSLの側壁を物理的に接触させることによって高精度に位置決め固定できる。

本実施形態のPDは、例えば、真性半導体の層（intrinsic）をpn接合の中間に置く構造から成る、いわゆるPINフォトダイオードである。PDチップは、受光面を下向きにしてフェースダウン実装され、PD側レンズを通った光は、下側に若干回折し、収束されV溝の端面（ミラー）で反射され、上方側PDチップに入射する。LDの波長とPDの波長を入れ替えることにより、OLTへも適用できる。
尚、本実施形態のマイクロBOSAチップに、ビデオ信号用のアナログPDチップやシリコンマイクロレンズや他のWDMフィルタを単に追加することにより、本願発明の適用ないし応用の範囲をいわゆるトライプレクサ（triplexer）まで容易に拡大させることが可能である。

ボールレンズ付きキャンキャップ１３は、一端が閉じた円筒状（すなわち、缶状）のキャップ本体と、該一端の中央に貫通するように固定された球状のボールレンズBLと、から基本的に構成される。
ボールレンズBLは、レセプタクル１５に挿入されて結合されるシングルモード光ファイバ（SMF）とLDチップとの間の結像レンズとして機能し、同時に、ボールレンズは、PDチップとSMFとの間の結像レンズとして機能する。
この共用の結像レンズ構造のために、LDおよびPD双方の光軸調整（アライメント）は、PD電流を監視することなく、SMFへのLD出力の光パワーのみ監視することにより実施できる。

ステム１１は、ステム円盤部４１と、ステム円盤部４１の一面から略垂直に延びるステム突起部４３と、ステム円盤部４１を貫通するように設けられる複数のリードピン４５と、を含む。前述したように、ステム突起部４１にマイクロBOSAチップ９が搭載される。

図２Ｂにおいて、ステム円盤部４１（ステム１１）の中心よりも上側で水平一列に並んだリードピン４５は、受信側用のリードピンであって、左からN、P、VCC、NC（予備）と記号付けされ、ステム１１の中心よりも下側で水平一列に並んだリードピン４５は、送信側用のリードピンであって、左からGND、LDK、LDAと記号付けされる。各リードピン４５と対応する部品とは、ワイヤボンディングされる金線（図１における太い実線を参照のこと）によって電気的に接続される。

斯かるリードピン４５の配置構成により、リードピン４５がプリント回路基板３をその上下面から挟み込むようにして、マイクロBOSA１とプリント回路基板３とを接続固定できる（図４Ａおよび図４Ｃ参照）。
プリント回路基板３の一方面は、光送信回路用に、プリント回路基板３の他方面は、光受信回路用に割り振られる（従って、個別チップセットの使用可能）。そして、プリント回路基板３の中間層には、グランド面が設けられる。このように、光送信系統と光受信系統とがプリント回路基板３のグランド層によって隔てられるので、電気クロストークを効率良く低減することが可能になる。

図７を参照すると、レセプタクル１５は、シングルモード光ファイバSMFとボールレンズBLとを光学的に接続するためのコネクタであって、SMFを保持する、例えばジルコニアセラミックス製のファイバスタブ４７を有する。レセプタクル１５の小型キャップ側の光入出力端の所定角度に角度付けされた端面には、長波長カットフィルタ（光学フィルタ４９）（1550 nm帯以上カット）が取り付けられる。この構成により、例えば、イーサネット（登録商標）PON（EPON）を利用する場合にあっては、1550 nm帯のアナログビデオ信号のような他の長波長の光信号が配信されるが、これがPDに到達すること及び光ファイバに反射されることを効果的に抑制できる。この効果は、レセプタクルだけでなく、ピグテイル形状でも得ることが可能である。

上記記載からも良く理解されるように、本実施形態では、LDおよびPDの両チップを単一のキャンキャップ１３に収容配置したことによって生じる虞のある不都合（特に、光クロストーク（迷光）や電気クロストーク）が見事に解決されている。以下、これにつき簡潔に説明する。

（１）迷光対策１
送信用LDから出射された光（前方光・後方光の両方）のうち、ファイバやモニタPDへ結合されないものは、キャンキャップ（パッケージ）１３の内部で迷光となり、受信用PDへ結合されてノイズとなって受信特性を劣化させてしまう虞がある。
これを解決するために、本発明に従い、例えば次のような２つの構成（第１および第２の構成）が提供される。尚、両構成は、単独で或いは重畳的に採用できる。

第１の構成は、図８に示されるように、キャンキャップ１３の内面に、赤外線を吸収する層LYRを設ける構成である。層LYRの形成方法としては、例えば、メッキによる方法と、樹脂を塗布する方法がある。
メッキによる方法の場合、赤外線（迷光）を吸収するメッキ、特に、黒色ニッケルメッキをキャンキャップ１３の内面に施す。これにより、LDから出射された光がメッキ層（LYR）に吸収され、迷光が生じない。メッキは、厚みコントロールが容易で薄く均一に処理でき、一度に多数のキャップ処理ができる点で優れている。

キャンキャップ内面に次のようなやり方で形成した幾つかの黒色メッキ層について、赤外線吸収特性の優劣について実験した。
（a）電解ニッケルメッキによって形成
（b）無電解ニッケルメッキによって形成
（c）ブラスト処理後に電解ニッケルメッキによって形成
（d）ブラスト処理後に無電解ニッケルメッキによって形成
この実験結果として、（c）の『ブラスト処理後に電解ニッケルメッキによって形成した黒色メッキ層』の赤外線吸収特性が非常に優れていることが確認された。

樹脂を塗布する方法の場合、赤外線（迷光）の吸収効率の高い樹脂をキャンキャップ１３の内面に塗布する。メッキの施せない金属（ステンレス）等にも樹脂塗布が可能であり、一般に流通しているレンズキャップにも後加工（樹脂塗布）できる点で優れている。
樹脂としては、幾つか行った実験から、米国Epoxy Technology社のEPO-TEK H62（商品名）が優れていることが確認された。これは、CMOSチップコートやフェライト固定などに用いられる、アルミフィラー入りの一液性の黒色タイプの産業用機能性接合材料であって、フェライト、ガラス等の材質を選ばすに優れた接着力と適度な柔軟性を有し、室温保存可能な樹脂である（株式会社ダイゾーニチモリ事業部の資料より抜粋）。

第２の構成は、送信用LDと受信用PDの間にブロックを配置して、迷光を物理的に遮断する構成である。すなわち、送信用LDからの出射光がレンズとの結合損によって迷光となるため、この迷光が受信用PDに入射しないように遮断する迷光遮断用ブロックを設ける。
図９から理解され得るように、前述したセラミック基板（回路基板３１）がこのブロックとしての機能を果たすことができる。同図で、太い実線の矢印が迷光を示している。
斯かる第２構成により、受信ノイズの低減による受信特性の向上が可能になると同時に、高密度実装の実現が可能になる。より具体的な構成としては、例えば、アルミナセラミック基板や窒化アルミセラミック基板に、各種ICの駆動用のコンデンサを実装するための一層回路を形成したものが考えられる。
ブロック（回路基板３１）が一定以上の高さを有する場合に、LD出射光のPDへの回り込み（迷光）が著しく減少することが実験的に確認された。

（２）迷光対策２
受動光ネットワーク（PON）に使用される光加入者線終端装置（ONU）用LDドライバは、バーストモードで使用されるため、モニタPDを用いた制御方法では、出力の制御が難しいため、モニタPDによらない制御が用いられる。コノ場合は、モニタPDは実装されない。そのような場合、LDの後方から出射される光は、そのままキャンキャップ１３の中で迷光となり、受信用PDへ結合されてしまう虞がある。
これを解決するべく、LD後方光（迷光）を吸収するために、本発明に従い、次の２つの構成が提供される。

第１の構成は、図１０に示されるように、ステム１１上のLD後方位置に所定樹脂を盛る（ポッティング）構成であり、第２の構成は、図１１に示されるように、LDが実装されるシリコン基板１９上のLD後方位置に所定樹脂を盛る構成である。
いずれの構成においても、LD後方側に配置される所定樹脂５３がLD後方光を効果的に吸収する（図１０および図１１で、太い実線の矢印が迷光を示している）。このため、この樹脂が設けられないものと比較して、受信用PDへ向かう迷光が大幅に減少し、迷光によるノイズが軽減され、受信特性が著しく改善されることが実験的に確認された。この樹脂としては、前述したキャンキャップ１３内面に塗布するのに適した樹脂と同じものを採用できる。

（３）電気クロストーク対策
本実施形態のように超小型のキャンキャップ１３内にLDおよびPDの両チップを収容する構成の場合、送受信の信号配線が近くなる。具体的には、送信回路及び受信回路の間の距離が2 mm程度しかとることができず、電気クロストークの軽減は非常に困難であるが、本発明によれば、これが見事に解決される。次の３つの構成が本発明に従って提供される。

第１の構成は、図１２に示されるように、キャンキャップ１３内部において、送信側LDのボンディングワイヤ（送信側の配線（金線））と、受信側PDのボンディングワイヤ（受信側の配線（金線））とが略直交するように、部品配置を行う構成である（同図で、太い実線が金線を示す）。これにより、送受信ワイヤ（金線）間のクロストークを軽減できる。

第２の構成は、図１２に示されるように、ステム１１（ステム円盤部４１）のキャンキャップ側において、送信側用のリードピン４５（図で２本）をシリコン基板１９の表面より下側に配置し、受信側用のリードピン４５（図で４本）をシリコン基板１９の表面より上側に配置して、送信側のリードピン近傍にグランド構成金属が位置するように構成する。これにより、電気クロストークを軽減できる。

第３の構成は、上述したように、図１３に示されるように、ステム１１（ステム円盤部４１）のキャンキャップ１３とは反対の側において、外方に突出する一連のリードピン４５は、（同図で上側の）受信側用リードピン４５（N、P、VCC、NC）と（同図で下側の）送信側用リードピン４５（LDK、LDA）およびグランド用のリードピン４５、との２つのグループに分けられ、それらの間には、グランド層を内層に有するプリント回路基板３が配置される。各リードピン４５は、真っ直ぐ伸びた状態でプリント回路基板３に接続固定される。

以上のような３つの構成、すなわち、（1）キャンキャップ１３でシールされる内部において、送受信のボンディングワイヤが略直交する構成、（2）送信側リードピン群と受信側リードピン群がシリコン基板の表面を境にして上下に分けられ、送信側リードピン群の近傍にはグランド金属が設けられる構成、（3）キャップシール外の部分から突出する送信側および受信側の各リードピンを２つに分けるように、グランド層を内層に有するプリント回路基板３が挟まれる構成により、電気クロストークが著しく低減され且つ送信側の放射ノイズが相当に分離される。

（４）反射ロス対策
アナログビデオ信号（例えば、1550 nm）を光トランシーバ内部でカットすると、カットされた信号は迷光となり、デジタルの受信信号のノイズとなってしまう。
これを解決するために、本発明に従い、上述のようにレセプタクル端面を所定角度（例えば、6°〜8°）だけ傾いた研磨面とし、この研磨面にアナログビデオ信号カット用フィルタ（長波長カットフィルタ４９）を貼り付ける構成が提供される。
この構成、すなわち、レセプタクル１５の斜め研磨面にフィルタ４９をフィルタ面を外側に向けて貼り付ける構成により、アナログ信号は、フィルタ４９で反射されてファイバSMFのクラッドへ出て行き、ファイバ被覆に吸収される。このため、内部にフィルタを形成したものに比べて、カットされたアナログビデオ信号がデジタル受信系に入ることがなくなり、外部で除去される結果、デジタル信号の受信特性がアナログ信号に影響されなくなる。

次には、図１４Ａ〜図１４Ｈを参照して、本実施形態のマイクロBOSA１の製造工程の一例を簡潔に説明する。
（A）ステム番号付け：
レーザによってステム１１にロット番号等を付ける。そして、上記迷光対策用の所定樹脂５３のポッティングを行う（不図示）。
（B）マイクロBOSAチップDB（ダイスボンディング）:
銀ペーストを塗布し、その後、マイクロBOSAチップ９をステム１１（ステム突起部４３）上に搭載する。
（C）回路基板搭載:
銀ペーストを塗布し、その後、セラミック基板（回路基板３１）を搭載する。同様にして、キャパシタ（コンデンサ）を搭載する。
（D）TIA DB：
銀ペーストを塗布し、その後、TIA（トランスインピーダンスアンプ２９）を搭載する。
（E）真空ベーキング：
例えば、140℃で4時間の真空ベーキング（真空乾燥）処理を施す。
（F）（G）キャップ調芯固定：
ボールレンズBL付きキャンキャップ１３でマイクロBOSAチップ９を密封シールするように、プロジェクション溶接によってキャンキャップ１３を取付ける。その後に、Heリークチェック、バブルリークチェック、電気光学特性試験、および、外観検査を行う。
（H）調芯YAG：
キャンキャップ１３に接続用円筒部品１７をセットして、調芯後にYAGレーザ溶接（貫通溶接）を行い、接続円筒部品１７を固定する。
次いで、接続円筒部品１７に対してレセプタクル１５をセットして、調芯後にYAGレーザ溶接（隅肉溶接）を行い、レセプタクル１５を固定する。
溶接終了後においては、機能検査および外観検査を行う。これにより、マイクロBOSA１が出来上がる。

ところで、本発明に係るマイクロBOSAの試作品を作製して、25℃における光特性および光電特性を計測した。その結果として、しきい値電流8.0 mA、スロープ効率137 mW/A、リターンロス50dB以上（1490 nm）、リターンロス42dB（1550 nm）、リターンロス13dB（1310 nm）、カットフィルタロス46.5 dB（PDに1310 nm）、カットフィルタロス43 dB（PDに1550 nm）、光アイソレーション47 dB（LDからPDに1310 nm）という素晴らしいデータをたたき出すことができた。

また、本発明に係るマイクロBOSAを組み込んだ光トランシーバを試作し、光特性を計測した。その結果として、1.25 Gbit/sでの双方向通信において、ギガビット・イーサネット（登録商標）PONトランシーバで使用するのに十分なほど低い最小受光感度-28.5 dBmを有することが実証された。尚、このマイクロBOSAは、OLT側にも適用できることは明らかである。

以上、特定の実施形態を参照して本発明を詳細に記載及び図示したが、其の記載は限定的な意味で解釈されることを意味しておらず、本発明の他の実施形態は、本願明細書を参照することにより、当業者にとって明らかになろう。すなわち、開示した実施形態の様々な変更が可能であり、従って、本願の請求の範囲に記載した発明の範囲から逸脱せずに、其のような変更を行うことができる。

構造が簡単且つ製造容易であり、光および電気クロストークの問題を良好に解決し得た構造簡単で超小型のBOSAを提供でき、双方向光通信の更なる飛躍に貢献することができる。

Claims

レーザダイオードと、
フォトダイオードと、
前記レーザダイオードおよび前記フォトダイオードを搭載するためのステムと、
前記レーザダイオードおよび前記フォトダイオードを、前記ステムと協働して密封するためのキャップと、
光学および／または電気クロストーク低減のためのクロストーク低減構造と、
を含み、
前記ステムは、円盤状の台座と、そこから垂直に突出し、前記レーザダイオードおよび前記フォトダイオードが実装されるシリコン基板をその上側に搭載する突起と、を有し、
前記突起はグランド電位を有し、
送信側用のリードピン群と受信側用のリードピン群とを含む、複数の電気接続用のリードピンが、前記ステムに貫通配置され、
前記送信側用のリードピン群が前記シリコン基板の表面より下側に配置され、前記受信側用のリードピン群が前記シリコン基板の表面より上側に配置されたことを特徴とする双方向光サブアセンブリ。
請求項１記載の双方向光サブアセンブリにおいて、
前記ステム突起とは反対の側で前記送信側用のリードピン群と前記受信側用のリードピン群の２つのグループに分けられ、双方が平行に配置される構成を有し、その２つのグループの間には、内層にグランド層を有するプリント回路基板が配設されることを特徴とする双方向光サブアセンブリ。
請求項１または２に記載の双方向光サブアセンブリにおいて、
前記フォトダイオードからの受信信号を増幅するためのトランスインピーダンスアンプを含み、
前記クロストーク低減構造は、
前記レーザダイオードまたはそこに接続された電極パッドと送信側リードピンを接続するワイヤ対と、
前記フォトダイオードまたはそこに接続された電極パッドと前記トランスインピーダンスアンプを接続するワイヤ対と、
前記トランスインピーダンスアンプと受信側リードピンを接続するワイヤ対と、
を含み、
それぞれのワイヤ対同士が互いに略直交するように敷設されることを特徴とする双方向光サブアセンブリ。
請求項１記載の双方向光サブアセンブリにおいて、
前記クロストーク低減構造は、
前記レーザダイオードと前記フォトダイオードとの間に配設され、前記レーザダイオードから前記フォトダイオードへの迷光を物理的に阻止し得るブロックを含むことを特徴とする双方向光サブアセンブリ。
請求項４記載の双方向光サブアセンブリにおいて、
前記ブロックは、前記レーザダイオードおよび／または前記フォトダイオードのための回路基板を含むことを特徴とする双方向光サブアセンブリ。
請求項１記載の双方向光サブアセンブリにおいて、
前記クロストーク低減構造は、
前記レーザダイオードの後方位置に配設され、前記レーザダイオードの後方光を吸収し得る樹脂を含むことを特徴とする双方向光サブアセンブリ。
請求項６記載の双方向光サブアセンブリにおいて、
前記レーザダイオードおよび前記フォトダイオードが実装されるシリコン基板を更に含み、
前記樹脂は、前記シリコン基板上に配設されることを特徴とする双方向光サブアセンブリ。
請求項６または７に記載の双方向光サブアセンブリにおいて、
前記ステムは、円盤状の台座と、そこから垂直に突出し、前記レーザダイオードおよび前記フォトダイオードが実装されるシリコン基板を搭載する突起と、を有し、
前記樹脂は、前記ステムの台座に配設されることを特徴とする双方向光サブアセンブリ。
請求項１記載の双方向光サブアセンブリにおいて、
レセプタクルと、
前記レセプタクルの前記キャップ側の光出入端に設けられ、光軸に対して所定角度傾いている光学フィルタと、
を更に含むことを特徴とする双方向光サブアセンブリ。
請求項１記載の双方向光サブアセンブリにおいて、
前記クロストーク低減構造は、
前記キャップの内面に形成され、赤外線を吸収し得る層を含むことを特徴とする双方向光サブアセンブリ。
請求項１０記載の双方向光サブアセンブリにおいて、
前記層は、黒色メッキ層を含むことを特徴とする双方向光サブアセンブリ。
請求項１０記載の双方向光サブアセンブリにおいて、
前記層は、樹脂層を含むことを特徴とする双方向光サブアセンブリ。
レーザダイオードと、フォトダイオードと、前記レーザダイオードおよび前記フォトダイオードを搭載するためのステムと、前記レーザダイオードおよび前記フォトダイオードを、前記ステムと協働して密封するためのキャップと、光学および／または電気クロストーク低減のためのクロストーク低減構造と、を含む双方向光サブアセンブリと、
前記双方向光サブアセンブリのための光送受信用のプリント回路基板と、
前記双方向光サブアセンブリおよび前記プリント回路基板を覆うアウターケースと、
を含み、
前記ステムは、円盤状の台座と、そこから垂直に突出し、前記レーザダイオードおよび前記フォトダイオードが実装されるシリコン基板をその上側に搭載する突起と、を有し、
前記突起はグランド電位を有し、
送信側用のリードピン群と受信側用のリードピン群とを含む、複数の電気接続用のリードピンが、前記ステムに貫通配置され、
前記送信側用のリードピン群が前記シリコン基板の表面より下側に配置され、前記受信側用のリードピン群が前記シリコン基板の表面より上側に配置されたことを特徴とする光トランシーバ。
請求項１３記載の光トランシーバにおいて、
前記フォトダイオードからの受信信号を増幅するためのトランスインピーダンスアンプを含み、
前記クロストーク低減構造は、
前記レーザダイオードまたはそこに接続された電極パッドと送信側リードピンを接続するワイヤ対と、
前記フォトダイオードまたはそこに接続された電極パッドと前記トランスインピーダンスアンプを接続するワイヤ対と、
前記トランスインピーダンスアンプと受信側リードピンを接続するワイヤ対と、
を含み、
それぞれのワイヤ対同士が互いに略直交するように敷設されることを特徴とする光トランシーバ。
請求項１３記載の光トランシーバにおいて、
前記クロストーク低減構造は、
前記レーザダイオードと前記フォトダイオードとの間に配設され、前記レーザダイオードから前記フォトダイオードへの迷光を物理的に阻止し得るブロックを含むことを特徴とする光トランシーバ。
請求項１３記載の光トランシーバにおいて、
前記クロストーク低減構造は、
前記レーザダイオードの後方位置に配設され、前記レーザダイオードの後方光を吸収し得る樹脂を含むことを特徴とする光トランシーバ。
請求項１３記載の光トランシーバにおいて、
レセプタクルと、
前記レセプタクルの前記キャップ側の光出入端に設けられ、光軸に対して所定角度傾いている光学フィルタと、
を更に含むことを特徴とする光トランシーバ。
請求項１３記載の光トランシーバにおいて、
前記クロストーク低減構造は、
前記キャップの内面に形成され、赤外線を吸収し得る層を含むことを特徴とする光トランシーバ。