(57)【要約】【課題】ＢＷを使用せず、良好な高周波特性を実現するとともに、受光部における光信号の強度の低下を防止することができる変換ユニットを得る。【解決手段】光信号を受光する受光部５１を有し、光信号を電気信号に変換して出力するＰＤ５と、電気信号を増幅するＴＩＡ６と、ＴＩＡ６と電気的に接続されるハンダ付けパッド２４とが、基板２に実装された変換ユニットであって、受光部５１と基板２の実装面とが互いに対向し、受光部５１と対応する位置に光信号が通過するビア２８が設けられ、ＰＤ５とＴＩＡ６との間、およびＴＩＡ６とハンダ付けパッド２４との間の電気信号経路が、基板２の実装面のパターンのみで形成されているものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を受光する受光部を有し、前記光信号を電気信号に変換して出力する受光ＩＣと、前記電気信号を増幅する増幅用ＩＣと、前記増幅用ＩＣと電気的に接続される端子とが、基板に実装された光／電気変換機能を有する変換ユニットであって、
前記受光部と前記基板の実装面とが互いに対向し、
前記受光部と対応する位置に前記光信号が通過する開口部が設けられ、
前記受光ＩＣと前記増幅用ＩＣとの間、および前記増幅用ＩＣと前記端子との間の電気信号経路が、前記基板の実装面のパターンのみで形成されている
ことを特徴とする変換ユニット。
【請求項２】
光信号を発生する発光部を有し、電気信号を前記光信号に変換して出力する発光ＩＣと、前記発光ＩＣと電気的に接続される端子とが、基板に実装された電気／光変換機能を有する変換ユニットであって、
前記発光部と前記基板の実装面とが互いに対向し、
前記発光部と対応する位置に前記光信号が通過する開口部が設けられ、
前記発光ＩＣと前記端子との間の電気信号経路が、前記基板の実装面のパターンのみで形成されている
ことを特徴とする変換ユニット。
【請求項３】
第１光信号を受光する受光部を有し、前記第１光信号を第１電気信号に変換して出力する受光ＩＣと、前記第１電気信号を増幅する増幅用ＩＣと、前記増幅用ＩＣと電気的に接続される第１端子と、第２光信号を発生する発光部を有し、第２電気信号を前記第２光信号に変換して出力する発光ＩＣと、前記発光ＩＣと電気的に接続される第２端子とが、基板に実装された光／電気変換機能および電気／光変換機能を有する変換ユニットであって、
前記受光部と前記基板の実装面とが互いに対向し、
前記受光部と対応する位置に前記第１光信号が通過する開口部が設けられ、
前記受光ＩＣと前記増幅用ＩＣとの間、および前記増幅用ＩＣと前記第１端子との間の電気信号経路が、前記基板の実装面のパターンのみで形成され、
前記発光部と前記基板の実装面とが互いに対向し、
前記発光部と対応する位置に前記第２光信号が通過する開口部が設けられ、
前記発光ＩＣと前記第２端子との間の電気信号経路が、前記基板の実装面のパターンのみで形成されている
ことを特徴とする変換ユニット。
【請求項４】
前記開口部は、前記基板に形成されたビアであることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の変換ユニット。
【請求項５】
前記ビアの内壁がメッキされていることを特徴とする請求項４に記載の変換ユニット。
【請求項６】
前記開口部に、光信号を集光するマイクロレンズが組み込まれていることを特徴とする請求項１から請求項５までの何れか１項に記載の変換ユニット。
【請求項７】
請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の変換ユニットを組み込んだ変換モジュール。
【請求項８】
請求項７に記載の変換モジュールを実装した光通信インタフェース用装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光通信インタフェース用装置を用いた光通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光信号を電気信号に、または電気信号を光信号に変換する変換ユニット、並びにこの変換ユニットを用いた変換モジュール、光通信インタフェース用装置および光通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、光通信装置の光／電気変換モジュールにおける一般的な受信用の光／電気変換ユニットの構造を示す断面図である。図４において、この光／電気変換ユニットは、金属製の筐体１と、素子が実装されて筐体１内に配置された基板２と、筐体１の外部から基板２上の素子に光信号（図中の破線矢印参照）を伝送する光ファイバ３（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ、以下「ＯＦ３」と略称する）と、基板２とＯＦ３との間に設けられ、ＯＦ３の先端に設けられた反射面３１で反射した光信号を集光するマイクロレンズ４（Ｍｉｃｒｏ  Ｌｅｎｓ、以下「ＭＬ４」と略称する）とを備えている。
【０００３】
基板２には、ＯＦ３からの光信号を受光して、受光強度に応じた電気信号を出力するフォトダイオード５（Ｐｈｏｔｏ−Ｄｉｏｄｅ、以下「ＰＤ５」と略称する）と、ＰＤ５からの電気信号を増幅するトランスインピーダンスアンプ６（Ｔｒａｎｓｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、以下「ＴＩＡ６」と略称する）とが実装されている。
ＰＤ５とＴＩＡ６との間、およびＴＩＡ６と基板２の信号配線２１との間は、それぞれボンディングワイヤ７１、７２（Ｂｏｎｄｉｎｇ  Ｗｉｒｅ、以下「ＢＷ７１、７２」と略称する）により互いに電気的に接続されている。
【０００４】
ＰＤ５は、ＯＦ３からの光信号を受光する受光部５１と、ＢＷ７１を接続するためのＢＷ用パッド５２とを有している。ここで、基板２の実装面とＰＤ５の受光面（受光部５１）とは、互いに同じ方向を向いている。
ＴＩＡ６は、ＢＷ７１、７２をそれぞれ接続するためのＢＷ用パッド６１、６２を有している。
【０００５】
また、基板２は、電気信号を伝送する上記信号配線２１と、信号配線２１の端部に形成された、ＢＷ７２を接続するためのＢＷ用パッド２２と、信号配線２１に対するＧＮＤプレーン２３とを有している。このとき、基板を多層構造とし、信号配線２１とともに、基板２に設けられたビア（Ｖｉａ）を用いて、ＰＤ５やＴＩＡ６の電気信号経路を構成してもよい（例えば、特許文献１〜５参照）。また、ＰＤ５およびＴＩＡ６は、透明な封止材によって封止されてもよい（たとえば、特許文献１、５参照）。
【０００６】
なお、一般的には、信号用のＢＷ７１、７２にそれぞれ隣接して、ＧＮＤ用のＢＷが配置されるが、図４では省略している。また、ＰＤ５やＴＩＡ６には、信号用のＢＷ用パッド５２、６１、６２の他に、電源用のパッドやＧＮＤ用のパッドも形成されるが、図４では省略している。
【０００７】
続いて、図４に示した光／電気変換ユニットの動作について説明する。
まず、ＯＦ３を伝送された光信号は、反射面３１で反射され、ＭＬ４で集光されて、ＰＤ５の受光部５１に受光される。ＰＤ５では、受光された光信号の受光強度に応じて電圧が変化する電気信号が発生される。発生された電気信号は、ＢＷ用パッド５２、ＢＷ７１およびＢＷ用パッド６１を介してＴＩＡ６に出力される。ＴＩＡ６では、ＰＤ５からの電気信号が増幅され、増幅された電気信号は、ＢＷ用パッド６２、ＢＷ７２およびＢＷ用パッド２２を介して基板２の信号配線２１に出力される。
【０００８】
このとき、２箇所のＢＷ７１、７２は、大きなインダクタンスを有しているので、電気信号の周波数が高くなるほど、通過損失が大きくなる。その結果、電気信号の波形は、鈍った形状となる。そこで、ＢＷ用パッド２２、５２、６１、６２の寄生容量とＢＷ７１、７２のインダクタンスとを組み合わせて、並列容量と直列インダクタンスとからなる低周波通過フィルタ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ、以下「ＬＰＦ」と称する）を構成することが考えられる。
【０００９】
このように、ＢＷ用パッド２２、５２、６１、６２とＢＷ７１、７２とでＬＰＦを構成することにより、ある周波数までは、電気信号を低損失で通過させることができる。また、通過帯域内の高周波側の通過特性を高め、通過特性にピークを持たせたＬＰＦを構成することもできる。
【００１０】
しかしながら、この場合、通過帯域よりも高い周波数では、単にインダクタンスがあるときよりも、電気信号の通過損失が大きくなる。そのため、この光／電気変換ユニットの基本周波数が、この通過帯域を超えている場合には、電気信号が全く伝送されなくなる。  また、上記特許文献１〜５に記載されているように、基板を多層構造とし、信号配線２１とともに、基板２に設けられたビアを用いて、ＰＤ５やＴＩＡ６の電気信号経路を構成した場合には、電気信号経路において、高周波特性が制限されることがある。
【００１１】
そこで、上記の問題を解決するために、図５に示されるような、ＢＷ７１、７２（図４参照）を使用せず、受光面と電気信号経路とが同一面に形成された光／電気変換ユニットが提案されている。図５において、この光／電気変換ユニットは、図４に示した光／電気変換ユニットと同様に、筐体１と、ＰＤ５およびＴＩＡ６が実装された基板２と、光信号（図中の破線矢印参照）を伝送するＯＦ３と、光信号を集光するＭＬ４とを備えている。以下、図４に示した光／電気変換ユニットと異なる構成について説明する。
【００１２】
ＰＤ５は、ＯＦ３からの光信号を受光する受光部５１と、信号用のハンダ付けパッド５３とを有している。ここで、基板２の実装面とＰＤ５の受光面（受光部５１）とは、互いに対向している（例えば、特許文献２、６参照）。
ＴＩＡ６は、信号用のハンダ付けパッド６３、６４を有している。
【００１３】
また、基板２は、電気信号を伝送する信号配線２１と、信号配線２１に対するＧＮＤプレーン２３と、信号配線２１の端部に形成された、ハンダ付けパッド６４と電気的に接続するためのハンダ付けパッド２４と、ＰＤ５とＴＩＡ６との間の信号配線２５と、信号配線２５の両端に形成された、ハンダ付けパッド５３、６３とそれぞれ電気的に接続するためのハンダ付けパッド２６、２７とを有している。
【００１４】
続いて、図５に示した光／電気変換ユニットの動作について説明する。
まず、ＯＦ３を伝送された光信号は、反射面３１で反射され、ＭＬ４で集光されて、裏面側からＰＤ５に入射し、ＰＤ５の内部を通過して受光部５１に受光される。ＰＤ５では、受光された光信号の受光強度に応じて電圧が変化する電気信号が発生される。
【００１５】
発生された電気信号は、ハンダ付けパッド５３、２６、信号配線２５およびハンダ付けパッド２７、６３を介してＴＩＡ６に出力される。ＴＩＡ６では、ＰＤ５からの電気信号が増幅され、増幅された電気信号は、ハンダ付けパッド６４、２４を介して基板２の信号配線２１に出力される。
【００１６】
図５に示した光／電気変換ユニットでは、図４に示した光／電気変換ユニットと比較して、ＢＷ７１、７２を使用しないので、通過帯域の上限を高くすることができる。また、図４に示した光／電気変換ユニットでは、ＢＷ用パッド２２、５２、６１、６２とＢＷ７１、７２とでＬＰＦを構成していたが、図５に示した光／電気変換ユニットにおいても、信号配線２１、２５の幅の全部または一部を調整することにより、同様のＬＰＦを構成することができる。
【００１７】
しかしながら、図５に示した光／電気変換ユニットでは、ＯＦ３を伝送された光信号が、ＰＤ５の内部を通過して受光部５１に受光されるので、ＰＤ５の内部を通過中に光信号が減衰や散乱を起こし、受光部５１における光信号の強度が低下する。
また、上記特許文献１、５に記載されているように、ＰＤ５が透明な封止材によって封止されている場合には、受光部５１における光信号の強度がさらに低下する。
【００１８】
そこで、上記の問題を解決するために、基板の実装面とＰＤの受光面（受光部）とを互いに対向して配置するとともに、受光部と対応する基板上の位置に通光路を設け、通光路を挟んで受光部の反対側にＯＦを配置した光／電気変換ユニットが提案されている（例えば、特許文献７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００４−１９３４３３号公報
【特許文献２】特開２００１−３４５４５６号公報
【特許文献３】特開平５−１２９６３７号公報
【特許文献４】特開２００２−２３１９７４号公報
【特許文献５】特開２００４−４４２６号公報
【特許文献６】特開平５−９３８２７号公報
【特許文献７】特開２００３−１８５８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献７に示された光／電気変換ユニットでは、受光面と電気信号経路とが同一面に形成されておらず、ＰＤとＴＩＡとの間、およびＴＩＡと基板の信号配線との間は、それぞれＢＷにより互いに電気的に接続されている。
そのため、図４に示した光／電気変換ユニットと同様に、電気信号の周波数が高くなるほど、通過損失が大きくなり、光／電気変換ユニットの基本周波数が、通過帯域を超えている場合には、電気信号が全く伝送されなくなるという問題がある。
【００２１】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ＢＷを使用せず、良好な高周波特性を実現するとともに、受光部における光信号の強度の低下を防止することができる光／電気変換ユニット、並びにこの光／電気変換ユニットを用いた光／電気変換モジュール、光通信インタフェース用装置および光通信装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この発明に係る光／電気変換機能を有する変換ユニットは、光信号を受光する受光部を有し、光信号を電気信号に変換して出力する受光ＩＣと、電気信号を増幅する増幅用ＩＣと、増幅用ＩＣと電気的に接続される端子とが、基板に実装された変換ユニットであって、受光部と基板の実装面とが互いに対向し、受光部と対応する位置に光信号が通過する開口部が設けられ、受光ＩＣと増幅用ＩＣとの間、および増幅用ＩＣと端子との間の電気信号経路が、基板の実装面のパターンのみで形成されているものである。
【００２３】
また、この発明に係る電気／光変換機能を有する変換ユニットは、光信号を発生する発光部を有し、電気信号を光信号に変換して出力する発光ＩＣと、発光ＩＣと電気的に接続される端子とが、基板に実装された変換ユニットであって、発光部と基板の実装面とが互いに対向し、発光部と対応する位置に光信号が通過する開口部が設けられ、発光ＩＣと端子との間の電気信号経路が、基板の実装面のパターンのみで形成されているものである。
【００２４】
また、この発明に係る光／電気変換機能および電気／光変換機能を有する変換ユニットは、第１光信号を受光する受光部を有し、第１光信号を第１電気信号に変換して出力する受光ＩＣと、第１電気信号を増幅する増幅用ＩＣと、増幅用ＩＣと電気的に接続される第１端子と、第２光信号を発生する発光部を有し、第２電気信号を第２光信号に変換して出力する発光ＩＣと、発光ＩＣと電気的に接続される第２端子とが、基板に実装された変換ユニットであって、受光部と基板の実装面とが互いに対向し、受光部と対応する位置に第１光信号が通過する開口部が設けられ、受光ＩＣと増幅用ＩＣとの間、および増幅用ＩＣと第１端子との間の電気信号経路が、基板の実装面のパターンのみで形成され、発光部と基板の実装面とが互いに対向し、発光部と対応する位置に第２光信号が通過する開口部が設けられ、発光ＩＣと第２端子との間の電気信号経路が、基板の実装面のパターンのみで形成されているものである。
【発明の効果】
【００２５】
この発明に係る変換ユニットによれば、受光部と基板の実装面とが互いに対向し、受光部と対応する位置に光信号が通過する開口部が設けられ、受光ＩＣと増幅用ＩＣとの間、および増幅用ＩＣと端子との間の電気信号経路が、基板の実装面のパターンのみで形成され、また、発光部と基板の実装面とが互いに対向し、発光部と対応する位置に光信号が通過する開口部が設けられ、発光ＩＣと端子との間の電気信号経路が、基板の実装面のパターンのみで形成されている。
そのため、ＢＷを使用せず、良好な高周波特性を実現するとともに、受光部および発光部における光信号の強度の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施の形態１に係る光／電気変換ユニットの構造を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る光／電気変換ユニットの構造を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係る光／電気変換ユニットの構造を示す断面図である。
【図４】光通信装置の光／電気変換モジュールにおける一般的な受信用の光／電気変換ユニットの構造を示す断面図である。
【図５】光通信装置の光／電気変換モジュールにおける一般的な受信用の光／電気変換ユニットの構造を示す別の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、この発明の変換ユニットの好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
なお、この発明の変換ユニットは、変換モジュール、光通信インタフェース用装置および光通信装置を構成する部品として用いられる。
【００２８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る光／電気変換ユニットの構造を示す断面図である。なお、図１では、図５に示した光／電気変換ユニットのうち、筐体１を除いた、基板２、ＯＦ３、ＭＬ４、ＰＤ５およびＴＩＡ６のみについて示している。
【００２９】
図１において、この光／電気変換ユニットは、ＰＤ５およびＴＩＡ６が実装されるとともに、ビア（Ｖｉａ）２８が形成された基板２と、ＰＤ５に光信号（図中の破線矢印参照）を伝送するＯＦ３と、基板２とＯＦ３との間に設けられ、ＯＦ３を伝送された光信号を集光するＭＬ４とを備えている。
【００３０】
ここで、ＰＤ５およびＴＩＡ６は、図５に示した光／電気変換ユニットと同様に、ハンダ付けパッド５３、６３、６４が設けられた面を基板２に向けて実装されている。すなわち、ＰＤ５とＴＩＡ６との間、およびＴＩＡ６とハンダ付けパッド２４との間の電気信号経路が、基板２の実装面のパターンのみで形成されている。また、基板２の実装面とＰＤ５の受光面（受光部５１）とは、互いに対向している。
【００３１】
基板２に形成されたビア２８は、ＰＤ５が実装された状態で、基板２の実装面の反対側から、ＰＤ５の受光部５１が見通せる位置、すなわち受光部５１と対応する位置に、あらかじめ設けられている。ビア２８は、基板２の両面にわたる開口孔であり、一般的に円錐台の形状を有している。なお、図１は断面図なので、ビア２８は台形の形状で示されている。
【００３２】
また、ＯＦ３およびＭＬ４は、基板２の実装面とは反対側の面であって、ＯＦ３を伝送された光信号がＭＬ４で集光された後、ビア２８を通過する位置に、ビア２８を挟んで受光部５１と対向するように配置されている。なお、その他の構成は、図５に示した光／電気変換ユニットと同様なので、説明を省略する。
【００３３】
以上の構成により、ＰＤ５とＴＩＡ６との間、およびＴＩＡ６とハンダ付けパッド２４との間の電気信号経路にＢＷを用いることなく、かつ光信号がＰＤ５の内部を通過することのない実装構造を実現することができる。また、電気信号経路を基板２の片面（実装面のパターン）のみで形成することにより、ＢＷやビアによる電気信号の劣化を防止することができる。
【００３４】
以上のように、実施の形態１によれば、受光部と基板の実装面とが互いに対向し、受光部と対応する基板の位置に光信号が通過するビアが形成され、受光ＩＣと増幅用ＩＣとの間、および増幅用ＩＣと端子との間の電気信号経路が、基板の実装面のパターンのみで形成されている。
そのため、ＢＷを使用せず、良好な高周波特性を実現するとともに、受光部における光信号の強度の低下および電気信号の減衰を防止することができる。
【００３５】
なお、図１に示した構造をとることにより、ＯＦ３およびＭＬ４の光軸が、ビア２８の中心からずれた場合であっても、受光部５１からはずれた光信号の一部は、ビア２８の壁面で反射し、受光部５１に到達する。そのため、光軸の位置ずれに対する性能劣化を低減することができる。
【００３６】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、基板２に、単に円錐台の形状を有するビア２８を形成した例を示したが、この実施の形態２では、ビア２８の内壁に導体メッキ２９を施した場合の例について説明する。
【００３７】
図２は、この発明の実施の形態２に係る光／電気変換ユニットの構造を示す断面図である。図２において、受光部５１と対向して基板２に形成されたビア２８の内壁には、導体メッキ２９が施されている。なお、その他の構成は、図１に示した光／電気変換ユニットと同様なので、説明を省略する。
【００３８】
以上の構成により、基板２の材料が光信号を反射しにくい材質であっても、ＯＦ３およびＭＬ４の光軸が、ビア２８の中心からずれた場合において、ビア２８の壁面での光信号の反射を容易にすることができる。そのため、受光部５１における光信号の強度の低下および電気信号の減衰を防止することができる。
【００３９】
実施の形態３．
上記実施の形態１、２では、基板２に形成されたビア２８の外部にＭＬ４を配置した例を示したが、この実施の形態３では、ビア２８の内部にＭＬ４を組み込んだ場合の例について説明する。
【００４０】
図３は、この発明の実施の形態３に係る光／電気変換ユニットの構造を示す断面図である。図３において、受光部５１と対向して基板２に形成されたビア２８の内部には、ＭＬ４が組み込まれている。また、ＯＦ３の反射面３１は、ＭＬ４の位置に対応して設けられている。なお、その他の構成は、図１に示した光／電気変換ユニットと同様なので、説明を省略する。
【００４１】
以上の構成により、ＰＤ５の受光部５１と光学系部品（ＯＦ３およびＭＬ４）との光軸を容易に一致させることができる。また、受光部５１における光信号の強度の低下および電気信号の減衰を防止することができる。
【００４２】
なお、上記実施の形態３では、ビア２８の内壁に導体メッキ２９が施されていない例を示したが、導体メッキ２９が施されている場合であっても、同様の効果を得ることができる。
【００４３】
また、上記実施の形態１〜３では、ＰＤ５およびＴＩＡ６が基板２に実装された受信用の光／電気変換ユニットを例に挙げて説明したが、これに限定されず、電気信号を光信号に変換して出力するレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ−Ｄｉｏｄｅ）が基板に実装された送信用の電気／光変換ユニットや、ＰＤ５およびＴＩＡ６とレーザダイオードとが基板に実装された送受信用の光／電気変換機能および電気／光変換機能を有する変換ユニットであってもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  筐体、２  基板、３  光ファイバ、４  マイクロレンズ、５  フォトダイオード、６  トランスインピーダンスアンプ、２１  信号配線、２２  ＢＷ用パッド、２３  ＧＮＤプレーン、２４  ハンダ付けパッド、２５  信号配線、２６  ハンダ付けパッド、２７  ハンダ付けパッド、２８  ビア、２９  導体メッキ、３１  反射面、５１  受光部、５２  ＢＷ用パッド、５３  ハンダ付けパッド、６１  ＢＷ用パッド、６２  ＢＷ用パッド、６３  ハンダ付けパッド、６４  ハンダ付けパッド、７１  ボンディングワイヤ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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