(57)【要約】【課題】複数の光受信器を含む光受信モジュールにおいてクロストークを抑制する。【解決手段】光受信モジュールは、基板と、基板の第１の表面に実装された複数の受光素子と、基板の第１の表面に実装された、複数の受光素子に対応する複数の増幅器と、基板の第１の表面において各受光素子のアノード端子と対応する増幅器との間にそれぞれ形成された複数のアノード配線パターンと、基板の第１の表面において各受光素子のカソード端子と対応する増幅器との間にそれぞれ形成された複数のカソード配線パターンと、複数のカソード配線パターンが形成されている領域を包含するように、基板の第２の表面または基板の内層に形成された電極と、を有する。複数のカソード配線パターンは、それぞれ電極に電気的に接続されている。【選択図】図８
2015056704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の第１の表面に実装された複数の受光素子と、
前記基板の第１の表面に実装された、前記複数の受光素子に対応する複数の増幅器と、
前記基板の第１の表面において各受光素子のアノード端子と対応する増幅器との間にそれぞれ形成された複数のアノード配線パターンと、
前記基板の第１の表面において各受光素子のカソード端子と対応する増幅器との間にそれぞれ形成された複数のカソード配線パターンと、
前記複数のカソード配線パターンが形成されている領域を包含するように、前記基板の第２の表面または前記基板の内層に形成された電極と、を有し、
前記複数のカソード配線パターンは、それぞれ前記電極に電気的に接続されている
ことを特徴とする光受信モジュール。
【請求項２】
前記電極には、前記複数の増幅器のバイアス電位が与えられる
ことを特徴とする請求項１に記載の光受信モジュール。
【請求項３】
前記複数のカソード配線パターンおよび前記複数のアノード配線パターンは、前記第１の表面において交互に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光受信モジュール。
【請求項４】
前記電極は、容量素子により接地電位に電気的に結合されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光受信モジュール。
【請求項５】
前記基板の第２の表面に接地電極が形成されており、
前記複数の受光素子の近傍で前記電極および前記接地電極が容量素子により電気的に結合されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光受信モジュール。
【請求項６】
前記複数のカソード配線パターンは、それぞれビアまたはスルーホールにより前記電極に電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光受信モジュール。
【請求項７】
前記ビアまたはスルーホールは、前記複数の受光素子と前記複数の増幅器との間のほぼ中間位置で、各カソード配線パターンを前記電極に電気的に接続させる
ことを特徴とする請求項６に記載の光受信モジュール。
【請求項８】
複数のチャネルを収容する光送信モジュールおよび複数のチャネルを収容する光受信モジュールを有する光送受信モジュールであって、
前記光受信モジュールは、
基板と、
前記基板の第１の表面に実装された複数の受光素子と、
前記基板の第１の表面に実装された、前記複数の受光素子に対応する複数の増幅器と、
前記基板の第１の表面において各受光素子のアノード端子と対応する増幅器との間にそれぞれ形成された複数のアノード配線パターンと、
前記基板の第１の表面において各受光素子のカソード端子と対応する増幅器との間にそれぞれ形成された複数のカソード配線パターンと、
前記複数のカソード配線パターンが形成されている領域を包含するように、前記基板の第２の表面または前記基板の内層に形成された電極と、を有し、
前記複数のカソード配線パターンは、それぞれ前記電極に電気的に接続されている
ことを特徴とする光送受信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を受信する光受信モジュールに係わる。
【背景技術】
【０００２】
大規模コンピュータシステムまたはスーパーコンピュータは、並列に動作する複数の処理ユニットを有する。そして、これらの複数の処理ユニットは、高速処理を実現するために、光インターコネクションにより接続される。
【０００３】
光インターコネクションは、多くの場合において、複数の光チャネルを提供する。この場合、光インターコネクションは、複数の光送信器および複数の光受信器を含む光モジュール（又は、光トランシーバ）、および複数の光ファイバ伝送路により実現される。
【０００４】
光モジュールは、多くの場合において、小型化が要求される。このため、光モジュール内の複数の光受信器は、１枚の基板上に高密度に実装される。同様に、光モジュール内の複数の光送信器も、１枚の基板上に高密度に実装される。
【０００５】
関連する技術として、フォトダイオードアレイを含む光受信装置が提案されている（例えば、特許文献１）。また、光受信モジュールの周波数特性を改善する技術が提案されている（例えば、特許文献２、３）。さらに、信号線路間のアイソレーション特性を改善する技術が提案されている（例えば、特許文献４）。さらに、光信号を受信するＡＰＤを安定動作させるバイアス回路が提案されている（例えば、特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１４２８２２号公報
【特許文献２】特開２００３−１３４０５１号公報
【特許文献３】特開２００１−１２７５６１号公報
【特許文献４】特開２００３−２２４４０８号公報
【特許文献５】特開２０００−２４４４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
基板上に複数の光受信器が高密度に実装される光受信モジュールにおいては、チャネル間のクロストークが発生し得る。しかしながら、従来技術では、チャネル間のクロストークを十分に抑制することは困難である。特に、25Gbpsを超える超高速伝送システムにおいては、光受信モジュール内でのチャネル間クロストークを十分に抑制することは困難である。
【０００８】
本発明の１つの側面に係わる目的は、複数の光受信器を含む光受信モジュールにおいてクロストークを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの態様の光受信モジュールは、基板と、前記基板の第１の表面に実装された複数の受光素子と、前記基板の第１の表面に実装された、前記複数の受光素子に対応する複数の増幅器と、前記基板の第１の表面において各受光素子のアノード端子と対応する増幅器との間にそれぞれ形成された複数のアノード配線パターンと、前記基板の第１の表面において各受光素子のカソード端子と対応する増幅器との間にそれぞれ形成された複数のカソード配線パターンと、前記複数のカソード配線パターンが形成されている領域を包含するように、前記基板の第２の表面または前記基板の内層に形成された電極と、を有する。前記複数のカソード配線パターンは、それぞれ前記電極に電気的に接続されている。
【発明の効果】
【００１０】
上述の態様によれば、複数の光受信器を含む光受信モジュールにおいてクロストークが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態の係わる光送受信モジュールの構成を示す図である。
【図２】光受信モジュールの等価回路の一例を示す図である。
【図３】第１の実施形態の光受信モジュールの構成を示す図である。
【図４】フリップチップ実装による光受信モジュールの一例を示す図である。
【図５】第２の実施形態の光受信モジュールの構成を示す図である。
【図６】シミュレーションモデルを説明する図である。
【図７】シミュレーション結果を示す図である。
【図８】第３の実施形態の光受信モジュールの構成を示す図である。
【図９】第３の実施形態の光受信モジュールの実施例を示す図である。
【図１０】図９に示す光受信モジュールの断面を示す図である。
【図１１】第３の実施形態による効果に係わるシミュレーション結果を示す図（その１）である。
【図１２】第３の実施形態による効果に係わるシミュレーション結果を示す図（その２）である。
【図１３】第３の実施形態による効果に係わるシミュレーション結果を示す図（その３）である。
【図１４】第３の実施形態による効果に係わるシミュレーション結果を示す図（その４）である。
【図１５】他の実施形態の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の１つの実施形態の係わる光送受信モジュールの構成を示す。本発明の１つの実施形態の係わる光送受信モジュール１００は、図１に示すように、光送信モジュール１１０および光受信モジュール１２０を有する。
【００１３】
光送信モジュール１１０は、複数の光送信器１１１を有する。各光送信器１１１は、レーザ光源および駆動回路を含み、与えられたデータ信号から光信号を生成する。光送信モジュール１１０には、複数の光送信器１１１に対応する複数の光導波路を含む送信光導波路１１２が光学的に結合されている。また、送信光導波路１１２の先端には、光コネクタ１１３が設けられている。そして、送信光導波路１１２は、光送信モジュール１１０により生成される複数の光信号を光コネクタ１１３に導く。なお、光コネクタ１１３には、光ファイバが結合され得る。
【００１４】
光受信モジュール１２０は、複数の光受信器１２１を有する。各光受信器１２１は、受光素子および受光素子により得られる電気信号を増幅する増幅器を有する。或いは、各光受信器１２１は、受光素子および受光素子により得られる電流信号を電圧信号に変換する増幅器を有する。光受信モジュール１２０には、複数の光受信器１２１に対応する複数の光導波路を含む受信光導波路１２２が光学的に結合されている。また、受信光導波路１２２の先端には、光コネクタ１２３が設けられている。そして、受信光導波路１２２は、光コネクタ１２３を介して入力される光信号を光受信モジュール１２０に導く。なお、光コネクタ１２３には、光ファイバが結合され得る。
【００１５】
送信光導波路１１２および受信光導波路１２２は、例えば、ポリマ導波路により実現される。また、コネクタ１１３、１２３は、例えば、ＭＴコネクタまたはＰＭＴコネクタにより実現される。
【００１６】
上記構成の光送受信モジュール１００は、例えば、コンピュータシステムのマザーボードに結合される。この場合、光送受信モジュール１００は、例えば、マザーボード上に実装されているコネクタに結合される。このとき、光送受信モジュール１００は、マザーボードに対してほぼ垂直に実装されるようにしてもよいし、マザーボードに対してほぼ水平に実装されるようにしてもよい。また、光送受信モジュール１００の各素子が使用する電力は、マザーボードから光送受信モジュール１００へ供給される。さらに、光送受信モジュール１００の接地電位は、マザーボードから供給されるようにしてもよい。
【００１７】
図２は、光受信モジュール１２０の等価回路の一例を示す。この例では、光受信モジュール１２０は、４個の光受信器１２１を有している。そして、各光受信器１２１は、受光素子（ＰＤ：Photo Detector）１３１、および増幅器１３２を有する。増幅器１３２は、この例では、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ：Trans-Impedance Amplifier）である。よって、以下の説明では、増幅器を「ＴＩＡ」と表記することがある。
【００１８】
受光素子１３１は、フォトダイオードにより実現される。即ち、受光素子１３１は、アノード端子およびカソード端子を有する。また、ＴＩＡ１３２は、信号入力端子、信号出力端子、バイアス端子、接地端子、制御端子を有する。なお、図２において制御端子は省略されている。
【００１９】
各受光素子１３１のアノード端子は、例えば配線パターンにより、対応するＴＩＡ１３２の信号入力端子に電気的に接続される。また、各受光素子１３１のカソード端子は、例えば配線パターンにより、対応するＴＩＡ１３２のバイアス端子に電気的に接続される。ここで、ＴＩＡ１３２のバイアス端子にはバイアス電位が与えられので、受光素子１３１のカソード端子にもバイアス電位が与えられることになる。したがって、受光素子１３１に光信号が入射されると、その光信号の強度を表す電流信号が対応するＴＩＡ１３２の信号入力端子に導かれる。そして、ＴＩＡ１３２は、受光素子１３１により生成される電流信号を電圧信号に変換して出力する。
【００２０】
上記構成の光受信モジュール１２０において、各光受信器１２１の広帯域化または高速化が要求されている。また、光受信モジュール１２０のサイズを小さくするために、複数の光受信器１２１は互いに近接して実装される。このため、チャネル間のクロストークを抑制する技術が要求される。
【００２１】
＜第１の実施形態＞
図３は、第１の実施形態の光受信モジュールの構成を示す。図３（ａ）は、側方から見た光受信モジュールを模式的に示している。また、図３（ｂ）は、上方から見た光受信モジュールの一部を模式的に示している。
【００２２】
第１の実施形態の光受信モジュール１は、図３に示すように、基板１０、受光回路（ＰＤ）１１、増幅回路（ＴＩＡ）１２、光学回路１３を有する。基板１０は、例えば、プリント基板（ＰＣＢ：Printed Circuit Board）である。また、基板１０の表面または裏面には、配線パターン１４、接地電極１５が形成されている。
【００２３】
基板１０には、受光回路１１および増幅回路１２が実装されている。受光回路１１は、複数の受光素子を含む。すなわち、受光回路１１は、例えば、ＰＤアレイである。この例では、受光回路１１は、図３（ｂ）に示すように、４個の受光素子を含む。また、各受光素子は、フォトダイオードにより実現される。なお、受光回路１１の受光素子は、図２に示す受光素子１３１に相当する。増幅回路１２は、複数のＴＩＡを含む。この例では、増幅回路１２は、図３（ｂ）に示すように、４個のＴＩＡを含む。なお、増幅回路１２のＴＩＡは、図２に示すＴＩＡ１３２に相当する。
【００２４】
光学回路１３は、図３（ａ）に示すように、４５度ミラー１３ａを有する。また、光学回路１３は、光コネクタ１３ｂを利用して光ファイバ１３ｃを収容することができる。そして、光学回路１３は、受信光信号を受光回路１１に導く。すなわち、光ファイバ１３ｃを介して入力される光信号は、４５度ミラー１３ａにより受光回路１１に導かれる。尚、光学回路１３は、図示しないが、複数の光ファイバ１３ｃを収容することができる。この場合、各光ファイバ１３ｃを介して入力される光信号は、４５度ミラー１３ａによりそれぞれ対応する受光素子に導かれる。
【００２５】
受光回路１１と増幅回路１２との間は、ワイヤボンディングによって電気的に接続される。すなわち、受光回路１１の各受光素子は、それぞれワイヤ１６により、増幅回路１２の対応するＴＩＡに電気的に接続される。なお、この例では、増幅回路１２と配線パターン１４との間も、ワイヤ１７によって電気的に接続されている。
【００２６】
受光回路１１の各受光素子は、それぞれアノード端子およびカソード端子を有する。各受光素子のアノード端子およびカソード端子は、それぞれ、図２を参照しながら説明したように、対応するＴＩＡの信号入力端子およびバイアス端子に電気的に接続される。
【００２７】
このように、第１の実施形態においては、受光回路１１の受光素子と増幅回路１２のＴＩＡとの間は、ワイヤ１６により電気的に接続される。ここで、データの伝送レートが高いときは、ワイヤ１６の長さＬが短いことが好ましい。ところが、現在の技術では、ワイヤ１６を十分に短くすることは困難である。一例としては、Ｌ＞0.4mmである。また、光受信モジュール１のサイズを小さくするために、複数の受光素子は互いに近接して実装され、複数のＴＩＡも互いに近接して実装されている。一例としては、各素子が実装される間隔Ｄは、0.25mmである。この場合、ワイヤ１６をボンディングするための電極パッドの間隔は、0.125mmである。そうすると、受光回路１１と増幅回路１２との間において、複数のワイヤ１６は互いに非常に近接して実装され、チャネル間で大きなクロストークが発生し得る。
【００２８】
＜フリップチップ実装＞
図４は、フリップチップ実装による光受信モジュールの一例を示す。フリップチップ実装による光受信モジュールは、図４に示すように、基板２０、受光回路（ＰＤ）２１、増幅回路（ＴＩＡ）２２、および光学回路２３を有する。基板２０は、例えば、フレキシブル基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）である。また、基板２０の表面には、配線パターン２４、２５などが形成されている。
【００２９】
基板２０には、受光回路２１および増幅回路２２が実装されている。受光回路２１は、図３に示す受光回路１１と同様に、複数の受光素子を含む。すなわち、受光回路２１は、例えば、ＰＤアレイである。各受光素子は、フォトダイオードにより実現される。すなわち、受光回路２１の受光素子は、図２に示す受光素子１３１に相当する。また、増幅回路２２は、図３に示す増幅回路１２と同様に、複数のＴＩＡを含む。増幅回路２２のＴＩＡは、図２に示すＴＩＡ１３２に相当する。ただし、受光回路２１および増幅回路２２は、それぞれフリップフチップ素子である。すなわち、受光回路２１および増幅回路２２は、フリップチップ実装により、基板２０の配線パターンまたは電極に電気的に接続される。なお、受光回路２１および／または増幅回路２２は、アンダーフィル２６により基板２０に固定される。図４に示す例では、増幅回路２２がアンダーフィル２６により基板２０に固定されている。
【００３０】
光学回路２３は、光導波路２３ａおよび４５度ミラー２３ｂを有する。また、光学回路２３は、不図示の光ファイバを収容することができる。そして、光ファイバを介して入射される光信号は、光導波路２３ａおよび４５度ミラー２３ｂにより受光回路２１に導かれる。なお、光学回路２３は、図示しないが、複数の光ファイバを収容できる。この場合、各光ファイバを介して入力される光信号は、それぞれ対応する受光素子に導かれる。
【００３１】
受光回路２１と増幅回路２２との間は、基板２０の表面に形成される配線パターン２４によって電気的に接続される。すなわち、受光回路２１の各受光素子は、それぞれ配線パターン２４により、増幅回路２２の対応するＴＩＡに電気的に接続される。
【００３２】
＜第２の実施形態＞
図５は、第２の実施形態の光受信モジュールの構成を示す。第２の実施形態の光受信モジュール２は、図４に示すフリップチップ実装により構成されている。したがって、光受信モジュール２は、基板２０、受光回路（ＰＤ）２１、増幅回路（ＴＩＡ）２２、および光学回路２３を有する。
【００３３】
図５（ａ）は、受光素子、ＴＩＡ、配線パターンの配置を模式的に示している。また、図５（ｂ）は、光受信モジュール２の断面（図５（ａ）のＡ−Ａ断面）を模式的に示している。なお、図５では、光学回路２３、配線パターン２５、アンダーフィル２６は省略されている。
【００３４】
この実施例では、受光回路２１は、４個の受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４を有する。また、増幅回路２２は、４個のＴＩＡ１〜ＴＩＡ４を有する。そして、各受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４は、それぞれアノード配線パターン２４ａおよびカソード配線パターン２４ｃにより、対応するＴＩＡ１〜ＴＩＡ４に電気的に接続される。なお、アノード配線パターン２４ａおよびカソード配線パターン２４ｃは、基板２０の一方の表面に形成される。また、基板２０の他方の表面（すなわち、裏面）には、接地電極２７が形成されている。なお、接地電極２７は、基板２０の裏面のほぼ全領域に形成されている。
【００３５】
このように、第２の実施形態においては、受光回路２１の受光素子と増幅回路２２のＴＩＡとの間は、基板２０の表面に形成される配線パターン２４（２４ａ、２４ｃ）によって電気的に接続される。ここで、データの伝送レートが高いときは、配線パターン２４の長さが短いことが好ましい。ところが、フリップチップ実装においては、図４に示すように、受光回路２１および／または増幅回路２２は、アンダーフィル２６により基板２０に固定される。このため、受光回路２１と増幅回路２２との間の距離を十分に小さくすることは困難であり、配線パターン２４の長さは、例えば、1mmよりも小さくすることは困難である。この結果、図２に示す回路において、データ信号帯域内で発振が発生することがある。なお、この発振の周波数は、配線パターン２４の長さに依存する。
【００３６】
また、光受信モジュール２のサイズを小さくするためには、受光素子Ｐ１〜Ｐ４は互いに近接して実装され、ＴＩＡ１〜ＴＩＡ４も互いに近接して実装される。そして、これらの各素子が実装される間隔は、上述したように、例えば0.25mmである。この場合、配線パターン２４（２４ａ、２４ｃ）は、0.125mm間隔で形成されることになる。即ち、受光回路２１と増幅回路２２との間において、各チャネルの配線パターン２４（２４ａ、２４ｃ）は、隣接するチャネルの配線パターン２４（２４ａ、２４ｃ）から非常に近接して形成される。この結果、チャネル間で大きなクロストークが発生し得る。
【００３７】
＜シミュレーション＞
図６は、シミュレーションモデルを説明する図である。なお、図６（ａ）は、透過特性などをシミュレーションするためのモデルを示す。また、図６（ｂ）は、クロストークなどをシミュレーションするためのモデルを示す。
【００３８】
図６において、ＰＤは、受光回路１１または受光回路２１に含まれる受光素子を表す。また、ＴＩＡは、増幅回路１２または増幅回路２２に含まれるＴＩＡを表す。なお、ＴＩＡは、入力インピーダンスＺ０を有している。Ｃ１は、受光素子ＰＤの近傍において、バイアス電位と接地との間に設けられる容量素子を表している。なお、図示しないが、ＴＩＡの近傍にも容量素子を設けてもよい。バイアス線路は、受光素子ＰＤのカソードとＴＩＡのバイアス端子とを電気的に接続する。信号線路は、受光素子ＰＤのアノードとＴＩＡの信号入力端子とを電気的に接続する。なお、クロストークのシミュレーションを行うときは、図６（ｂ）に示すように、２つの受光素子ＰＤ間の間隔は0.25mmである。
【００３９】
図７は、シミュレーション結果を示す。図７において、横軸は、信号の周波数を表す。また、縦軸は、散乱パラメータＳ21を表す。パラメータＳ21は、透過特性（または、減衰特性）を表す。
【００４０】
図７（ａ）においては、Ｃ１の容量はゼロである。また、特性Ｋ１は、バイアス線路および信号線路の長さがそれぞれゼロである仮定したときに得られる透過特性を表す。すなわち、特性Ｋ１は、理想的な透過特性を表している。
【００４１】
特性Ｋ２は、以下の条件で得られる。
（１）バイアス線路は、ボンディングワイヤにより実現される。このバイアス線路の長さは２ｍｍである。
（２）信号線路の長さはゼロである。
特性Ｋ２で表されるように、バイアス線路がワイヤで実現されると、共振周波数において透過特性が大きく劣化することがある。図７（ａ）に示す例では、約７．５ＧＨｚにおいてディップが発生している。
【００４２】
特性Ｋ３は、以下の条件で得られる。
（１）信号線路は、ボンディングワイヤにより実現される。この信号線路の長さは２ｍｍである。
（２）バイアス線路の長さはゼロである。
特性Ｋ３で表されるように、信号線路がワイヤで実現されると、その線路のインダクタ成分などに起因して、ピーキングが発生する。図７（ａ）に示す例では、約７ＧＨｚにおいてピーキングが発生している。
【００４３】
図７（ｂ）においても、Ｃ１の容量はゼロである。尚、特性Ｋ１、Ｋ３は、図７（ａ）を参照しながら説明した通りである。すなわち、特性Ｋ１は、理想的な透過特性を表している。特性Ｋ３は、信号線路がワイヤにより実現されたときに得られる透過特性を表している。
【００４４】
特性Ｋ４は、以下の条件で得られる。
（１）信号線路は、ＴＩＡの入力インピーダンスＺ０に整合する配線パターンにより実現される。この信号線路の長さは２ｍｍである。
（２）バイアス線路の長さはゼロである。
図７（ｂ）に示すように、特性Ｋ４は、特性Ｋ１とほぼ同じである。すなわち、特性Ｋ４は、ほぼ理想的な特性である。したがって、信号線路のインピーダンスがＴＩＡの入力インピーダンスＺ０に整合するように配線パターンが形成されると、透過特性が改善する。なお、目標インピーダンスを有する配線パターンを形成する方法は、公知の技術である。一方、ワイヤボンディングによりインピーダンス整合を実現することは困難である。
【００４５】
図７（ｃ）は、受光素子とＴＩＡとの間の回路で発生する共振を抑制する効果を示す。なお、特性Ｋ４は、図７（ｂ）を参照しながら説明した通りである。すなわち、特性Ｋ４は、信号線路のインピーダンス整合が実現されたときに得られる透過特性を表している。ただし、特性Ｋ４は、バイアス線路の長さがゼロである場合に得られる。
【００４６】
特性Ｋ５は、以下の条件で得られる。
（１）信号線路は、ＴＩＡの入力インピーダンスＺ０に整合する配線パターンにより実現される。この信号線路の長さは２ｍｍである。（特性Ｋ４と同じ）
（２）バイアス線路の長さは２ｍｍである。
（３）Ｃ１の容量はゼロである。
このように、信号線路のインピーダンス整合が実現されていても、バイアス線路の長さが有限になると、共振によってディップが発生する。なお、共振周波数（すなわち、ディップが発生する周波数）は、バイアス線路の長さに依存する。
【００４７】
特性Ｋ６は、以下の条件で得られる。
（１）信号線路は、ＴＩＡの入力インピーダンスＺ０に整合する配線パターンにより実現される。この信号線路の長さは２ｍｍである。（特性Ｋ５と同じ）
（２）バイアス線路の長さは、２ｍｍである。（特性Ｋ５と同じ）
（３）Ｃ１の容量は１ｎＦである。
特性Ｋ６は、図７（ｃ）に示すように、ほぼ理想的な特性である。よって、特性Ｋ５、Ｋ６の比較から明らかなように、受光素子ＰＤの近傍においてバイアス電位と接地との間に容量素子Ｃ１を設けることにより、透過特性を改善することができる。Ｃ１の容量は、バイアス線路の長さ等に基づいて適切に決定することができる。
【００４８】
このように、信号線路（受光素子ＰＤのアノードとＴＩＡの入力信号端子との間の配線パターン）のインピーダンス整合を行い、且つ、受光素子ＰＤのカソードを容量Ｃ１で接地に結合すれば、透過特性は改善する。これにより、受光素子およびＴＩＡを含む光受信器の高速化および広帯域化が実現される。
【００４９】
ただし、複数の受光素子が互いに近接して実装される光受信モジュールにおいては、上述の構成を採用しても、チャネル間のクロストークの問題が残る。特に、25Gbpsを超える高速信号を受信する光受信モジュールにおいては大きなクロストークが発生し得る。
【００５０】
＜第３の実施形態＞
図８は、第３の実施形態の光受信モジュールの構成を示す。第３の実施形態の光受信モジュール３は、図４に示すフリップチップ実装により構成されている。したがって、光受信モジュール３は、基板２０、受光回路（ＰＤ）２１、増幅回路（ＴＩＡ）２２、および光学回路２３を有する。
【００５１】
図８（ａ）は、受光素子、ＴＩＡ、配線パターンの配置を模式的に示している。また、図８（ｂ）は、光受信モジュール３の断面（図８（ａ）のＡ−Ａ断面）を模式的に示している。図８（ｃ）は、光受信モジュール３の他の断面（図８（ａ）のＢ−Ｂ断面）を模式的に示している。なお、図８では、光学回路２３、配線パターン２５、アンダーフィル２６は省略されている。また、図８（ａ）では、受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４およびＴＩＡ１〜ＴＩＡ４の表記も省略されている。
【００５２】
第３の実施形態の光受信モジュール３においても、第２の実施形態と同様に、各受光素子は、それぞれアノード配線パターン２４ａおよびカソード配線パターン２４ｃにより、対応するＴＩＡに電気的に接続される。ここで、アノード配線パターン２４ａおよびカソード配線パターン２４ｃは、基板２０の一方の表面に形成される。アノード配線パターン２４ａは、受光素子により生成される電気信号（または、電流信号）を対応するＴＩＡへ伝搬する信号線路に相当する。また、カソード配線パターン２４ｃは、受光素子にバイアス電位を供給するバイアス線路に相当する。
【００５３】
ただし、第３の実施形態の光受信モジュール３においては、基板２０の他方の表面（すなわち、裏面）には、複数のカソード配線パターン２４ｃが形成されている領域を包含するように、バイアス電極３１が形成されている。なお、バイアス電極３１は、図８（ａ）では、破線で表されている。また、基板２０の裏面において、バイアス電極３１を取り囲むように、接地電極３２が形成されている。バイアス電極３１と接地電極３２との間は、１または複数の容量素子によって電気的に結合されている。この例では、図８（ｂ）に示すように、受光素子ＰＤの近傍に容量素子Ｃ１が設けられ、ＴＩＡの近傍に容量素子Ｃ２が設けられている。
【００５４】
各カソード配線パターン２４ｃは、それぞれバイアス電極３１に電気的に接続されている。この例では、各カソード配線パターン２４ｃは、それぞれビア３３によりバイアス電極３１に電気的に接続されている。なお、この明細書では、「ビア」は、スルーホールを含むものとする。
【００５５】
図９および図１０は、第３の実施形態の光受信モジュール３の実施例を示す。なお、光受信モジュール３は、図８を参照しながら説明したように、基板２０を利用して構成される。
【００５６】
図９（ａ）は、基板２０の一方の表面（第１の表面）の構成を示す。以下では、この面を単に「表面」と呼ぶことがある。また、図９（ｂ）は、基板２０の他方の表面（第２の表面）の構成を示す。以下では、この面を「裏面」と呼ぶことがある。図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、それぞれ図９に示す光受信モジュール３の断面の構造を示す。すなわち、図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）は、それぞれ、図９に示す光受信モジュール３のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面を示す。
【００５７】
基板２０の表面には、図９（ａ）に示すように、受光回路２１、増幅回路２２、容量素子Ｃ１が実装されている。図９（ａ）において、受光回路２１、増幅回路２２、容量素子Ｃ１は、破線で表されている。
【００５８】
受光回路２１の各受光素子は、それぞれアノード配線パターン２４ａおよびカソード配線パターン２４ｃによって、増幅回路２２の対応するＴＩＡに電気的に接続される。ここで、複数のアノード配線パターン２４ａおよび複数のカソード配線パターン２４ｃは、図９（ａ）に示すように、交互に形成されている。このため、各チャネルのアノード配線パターン２４ａは、隣接チャネルのカソード配線パターン２４ｃと隣接して形成され、各チャネルのカソード配線パターン２４ｃは、隣接チャネルのアノード配線パターン２４ａと隣接して形成されることになる。
【００５９】
複数のアノード配線パターン２４ａは、互いに絶縁されている。また、各アノード配線パターン２４ａは、増幅回路２２の対応するＴＩＡの入力インピーダンスに整合するように形成されている。
【００６０】
複数のカソード配線パターン２４ｃは、図９（ａ）に示すように、バイアス電極２５に電気的に接続されている。換言すれば、複数のカソード配線パターン２４ｃおよびバイアス電極２５は、１つの導電体領域を形成する。具体的には、複数のカソード配線パターン２４ｃは、バイアス電極２５から突出するように形成されている。なお、バイアス電極２５には、不図示の電圧源からバイアス電位が与えられる。このバイアス電位は、増幅回路２２の各ＴＩＡに供給される。
【００６１】
基板２０の裏面には、バイアス電極３１が形成されている。バイアス電極３１にも、不図示の電圧源からバイアス電位が与えられる。すなわち、バイアス電極２５およびバイアス電極３１には、同じバイアス電位が与えられる。なお、バイアス電極２５およびバイアス電極３１は、ビア３５により互いに電気的に接続されている。また、バイアス電極３１は、上述したように、少なくともカソード配線パターン２４ｃが形成されている領域を包含するように、基板２０の裏面に形成される。この実施例では、アノード配線パターン２４ａ、カソード配線パターン２４ｃ、およびバイアス電極２５が形成されている領域を包含するように、バイアス電極３１が形成されている。また、基板２０の裏面において、バイアス電極３１を取り囲むように、接地電極３２が形成されている。接地電極３２は、光受信モジュール３の外部の接地に電気的に接続されている。
【００６２】
各カソード配線パターン２４ｃは、ビア３３により、基板２０の裏面に形成されているバイアス電極３１に電気的に接続されている。各ビア３３は、例えば、受光回路２１の受光素子と増幅回路２２のＴＩＡとの間のほぼ中間位置に設けられる。また、図９に示す例では、各カソード配線パターン２４ｃに対して１つのビア３３が設けられているが、各カソード配線パターン２４ｃに対して複数のビア３３を設けるようにしてもよい。
【００６３】
基板２０の表面において、容量素子Ｃ１は、バイアス電極２５および接地電極３４を電気的に結合する。ここで、接地電極３４は、ビア３６により、基板２０裏面に形成されている接地電極３２に電気的に接続されている。よって、容量素子Ｃ１は、実質的には、バイアス電位と接地との間に設けられる。なお、容量素子Ｃ１の容量は、図２に示す回路の共振がデータ信号帯域内で発生しないように、例えば、シミュレーションまたは測定などにより決定される。この共振周波数は、アノード配線パターン２４ａの長さに依存する。
【００６４】
このように、第３の実施形態の光受信モジュール３においては、各受光素子のカソードにバイアス電位を供給するカソード配線パターン２４ｃが形成されている領域を包含するようにバイアス電極３１が形成されている。そして、各カソード配線パターン２４ｃは、そのバイアス電極３１に電気的に接続されている。よって、各カソード配線パターン２４ｃの電位は安定し、各受光素子のカソード電位に与えられるバイアス電位も安定する。
【００６５】
なお、図５に示すように、基板２０の裏面全体に接地電極を形成する構成であっても、雑音は抑制される。しかしながら、この構成では、複数のアノード配線パターンおよび複数のカソード配線パターンが互いに近接して形成されており、且つ、データ信号が高速である場合には、各チャネルのカソード配線パターンの電位は、隣接チャネルのアノード配線パターンの信号の影響を受ける。すなわち、チャネル間のクロストークを十分に抑制することは困難である。
【００６６】
これに対して、第３の実施形態の光受信モジュール３においては、カソード配線パターン２４ｃが形成されている領域を包含するようにバイアス電極３１が設けられ、且つ、各カソード配線パターン２４ｃがそのバイアス電極３１に電気的に接続している。したがって、複数のアノード配線パターン２４ａおよび複数のカソード配線パターン２４ｃが互いに近接して形成されており、且つ、データ信号が高速であっても、各カソード配線パターン２４ｃの電位は、隣接チャネルの各カソード配線パターン２４ｃの信号の影響をほとんど受けない。すなわち、クロストークは十分に抑制される。この結果、受光素子により生成される電気信号（または、電流信号）は、受信光信号の強度を精度よく表す。
【００６７】
＜実施形態の構成による効果＞
図１１〜図１４は、基板の裏面全体に接地電極が形成された構成（例えば、図５に示す構成）と、基板の裏面にバイアス電極が形成された構成（例えば、図８に示す構成）との比較を示す。なお、図１１（ａ）、図１２（ａ）、図１３（ａ）、図１４（ａ）は、基板の裏面全体に接地電極が形成された構成（以下、ＧＮＤ構成）についてのシミュレーション結果を示す。また、図１１（ｂ）、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）、図１４（ｂ）は、基板の裏面にバイアス電極が形成された構成（以下、第３の実施形態の構成）についてのシミュレーション結果を示す。
【００６８】
シミュレーションモデルは、図６を参照しながら説明した通りである。ただし、信号線路（すなわち、アノード配線パターン２４ａ）およびバイアス線路（すなわち、カソード配線パターン２４ｃ）の長さは、いずれも２ｍｍである。
【００６９】
図１１は、散乱パラメータＳ21についてのシミュレーション結果を示す。Ｓ21は、透過特性を表す。ＧＮＤ構成においては、図１１（ａ）に示すように、約7.5GHzにおいてディップが発生している。一方、第３の実施形態の構成においては、図１１（ｂ）に示すように、0〜30GHzにおいて良好な透過特性が得られている。
【００７０】
図１２は、アイパターンについてのシミュレーション結果を示す。この例では、データ信号の伝送レートは40Gbpsである。ただし、対象チャネルの信号は、隣接チャネルから影響を受けないものとする。即ち、クロストークは無いものとする。図１２（ａ）と図１２（ｂ）との比較から明らかなように、第３の実施形態の構成によれば、ＧＮＤ構成比べて、ジッタが小さくなり、また、アイ開口が広くなる。
【００７１】
図１３は、散乱パラメータＳ41についてのシミュレーション結果を示す。Ｓ41は、クロストークを表す。この例では、受光素子ＰＤは、図６（ｂ）に示すように、0.25mm間隔で実装されている。ＧＮＤ構成においては、図１３（ａ）に示すように、10GHzよりも低い帯域においてもクロストークが発生している。これに対して、第３の実施形態の構成においては、図１３（ｂ）に示すように、0〜10GHzにおいてクロストークは十分に抑制されている。また、10〜30GHzにおいても、ＧＮＤ構成と比較して、クロストークは抑制されている。
【００７２】
図１４は、アイパターンについてのシミュレーション結果を示す。この例では、図１２に示すシミュレーションと同様に、データ信号の伝送レートは40Gbpsである。ただし、図１２に示すシミュレーションとは異なり、対象チャネルの信号は、隣接チャネルから影響を受けるものとする。ここでは、受光素子ＰＤが0.25mm間隔で実装されているものとする。ＧＮＤ構成においては、図１４（ａ）に示すように、アイ開口はかなり狭く、ジッタは大きい。これに対して、第３の実施形態の構成によれば、ＧＮＤ構成と比較して、アイ開口およびジッタ特性ともに大幅に改善している。このように、第３の実施形態の構成によれば、特に、クロストークが抑制される。
【００７３】
＜他の実施形態＞
図１５（ａ）は、他の実施形態に係わる光送受信モジュールの構成を示す。この光送受信モジュールは、フレキシブル基板上に光受信機および光送信機を有する。光受信機は、第３の実施形態の光受信モジュールと同様に、受光回路（ＰＤ）、増幅回路（ＴＩＡ）、容量素子Ｃ１を有する。また、このフレキシブル基板の裏面において、受光素子とＴＩＡとの間のカソード配線パターンが形成されている領域を包含するように、バイアス電極３１が設けられている。また、光送信機は、レーザアレイおよびドライバを有する。レーザアレイは、例えば、ＶＣＳＥＬ（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）アレイにより実現される。
【００７４】
図１５（ａ）に示す光送受信モジュールは、４つの受信チャネルＲｘ１〜Ｒｘ４および４つの送信チャネルＴｘ１〜Ｔｘ４を収容する。ここで、各チャネルは、差動信号を伝送する。また、フレキシブル基板の端部には、ＦＰＣコネクタの対応する端子に電気的に接触するための電極が形成されている。この例では、連続する８個の電極が受信チャネルＲｘ１〜Ｒｘ４に割り当てられ、他の連続する８個の電極が送信チャネルＴｘ１〜Ｔｘ４に割り当てられている。なお、図１５（ａ）においては、電源のための電極および配線、接地のための電極および配線、制御信号のための電極および配線は省略されている。
【００７５】
図１５（ａ）に示す例では、１枚の基板上に光受信機および光送信機が実装されているが、光受信機および光送信機は異なる基板上に実装されるようにしてもよい。例えば、図１５（ｂ）は、受信チャネルＲｘ１〜Ｒｘ４を収容する光受信モジュールの一例を示す。この光受信モジュールは、受光回路（ＰＤ）、増幅回路（ＴＩＡ）、容量素子Ｃ１を有する。また、基板の裏面において、受光素子とＴＩＡとの間のカソード配線パターンが形成されている領域を包含するように、バイアス電極３１が設けられている。なお、この例では、ＦＰＣコネクタと電気的に接触するための電極の割当ては、図１５（ａ）に示す例とは異なっている。すなわち、チャネル同士を分離するように、ＧＮＤ電極が割り当てられている。
【００７６】
上述の実施例では、基板の一方の表面に部品（受光素子、ＴＩＡなど）が実装され、他方の表面にバイアス電極３１が形成されているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、基板が内層を有する場合には、その内層にバイアス電極３１を形成してもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１〜３  光受信モジュール
２０  基板
２１  受光回路（ＰＤ）
２２  増幅回路（ＴＩＡ）
２４ａ  アノード配線パターン
２４ｃ  カソード配線パターン
３１  バイアス電極
３２  接地電極
３３  ビア
１００  光送受信モジュール
１２０  光受信モジュール
１３１  受光素子
１３２  ＴＩＡ
【図１】
2015056704.tif 000003
【図２】
2015056704.tif 000004
【図３】
2015056704.tif 000005
【図４】
2015056704.tif 000006
【図５】
2015056704.tif 000007
【図６】
2015056704.tif 000008
【図７】
2015056704.tif 000009
【図８】
2015056704.tif 000010
【図９】
2015056704.tif 000011
【図１０】
2015056704.tif 000012
【図１１】
2015056704.tif 000013
【図１３】
2015056704.tif 000014
【図１５】
2015056704.tif 000015
【図１２】
2015056704.tif 000016
【図１４】
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