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KR101025267B1 - 일심 양방향 광 모듈 - Google Patents

일심 양방향 광 모듈 Download PDF

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KR101025267B1
KR101025267B1 KR1020087020663A KR20087020663A KR101025267B1 KR 101025267 B1 KR101025267 B1 KR 101025267B1 KR 1020087020663 A KR1020087020663 A KR 1020087020663A KR 20087020663 A KR20087020663 A KR 20087020663A KR 101025267 B1 KR101025267 B1 KR 101025267B1
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photodiode
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데지로 오리
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가부시키가이샤후지쿠라
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Abstract

광 트랜시버로서, 양방향 광 서브 어셈블리와, 양방향 광 서브 어셈블리를 위한 광 송수신용 프린트 회로 기판과, 양방향 광 서브 어셈블리 및 프린트 회로 기판을 덮는 외부 케이스를 포함한다. 양방향 광 서브 어셈블리는 레이저 다이오드와, 포토 다이오드와, 레이저 다이오드 및 포토 다이오드를 탑재하기 위한 스템과, 레이저 다이오드 및 포토 다이오드를 스템과 협동하여 밀봉하기 위한 캡과, 광학 및/또는 전기 크로스토크 저감을 위한 크로스토크 저감 구조를 포함한다. 크로스토크 저감 구조는, 예를 들어, 캡의 내면에 형성되고, 적외선을 흡수할 수 있는 층을 포함할 수 있다.

Description

일심 양방향 광 모듈{Single-core bilateral optical module}
본 발명은 일심 양방향 광 모듈에 관한 것으로, 더 구체적으로는 그 주요부를 구성하는 양방향 광 서브 어셈블리 및 그것을 채용한 트랜시버에 관한 것이다.
최근 고속·대용량 통신이라는 시장 요구를 위해 가입자계 통신망의 광화이버화가 급가속화되고, 그 통신 방식으로서, 하나의 싱글 모드 광화이버에 1310nm대와 1490nm대의 2파장으로 송신 및 수신을 하는 파장 분할 다중 방식(WDM: Wavelength Division Multiplexing)이 각광을 받고 있다. 특히, 국(局) 대 택(宅)이 1 대 n인 수동(受動) 광 네트워크(PON: Passive Optical Network) 시스템이 주목되며, 국측을 위한 1490nm 송신/1310nm 수신(OLT: Optical Line Terminal)용 일심 양방향 광 모듈과, 택측을 위한 1310nm 송신/1490nm 수신(광 가입자선 종단 장치(ONU: Optical Network Unit))용 일심 양방향 광 모듈의 개발이 활발화하고, 방대한 수량이 예상되는 ONU용 모듈의 소형화·저비용화가 추구되고 있다.
일심 양방향 광 모듈의 주요부를 구성하는 양방향 광 서브 어셈블리(bi- directional optical subassembly)(이하, BOSA)는 통상 레이저 다이오드(LD)용과 포토 다이오드(PD)용의 2개의 패키지(즉, TO-CAN이라고 불리는 캔 캡으로 각각 패키징된 것)과, 화이버 피그테일과, 파장 분할 다중(WDM) 필터와, 그들을 보유지지 하기 위한 하우징으로 구성된다. LD용 캔 캡과 PD용 캔 캡은 직각으로 배치되고, LD용 및 PD용 접속 핀도 직각을 이룬다. 그들 핀 사이의 거리 치수는 송신측과 수신측 사이의 전기 크로스토크를 저감하기 위해 상대적으로 길게 해야 한다.
이와 같은 2개의 TO-CAN으로 구성되는 타입의 BOSA의 경우, 설계 자유도가 저해되고, 구조가 복잡해지기 쉬우며, 다수의 제조 공정이 필요하기 때문에 제조 비용의 절감이 어렵다는 등의 과제가 있었다.
이를 해결하기 위해 단일의 TO-CAN의 내부에 LD 및 PD의 각 칩이나 각각의 광학계·전기계를 일괄하여 수용 배치하는 구조가 제안되고 있다(예를 들어, 미국 공개특허 제2005/0084268호 참조).
그렇지만, 상기 TO-CAN 속에 송수신을 위한 광 요소 및 전기 요소를 일괄하여 수용하는 구조의 경우, 광 크로스토크(미광; 迷光) 및 전기 크로스토크라는 전기적 및 광학적인 간섭이 큰 장해가 되고, 소형화 및 저비용화는 현저히 어려운 것이 실정이다.
[발명의 개시]
[발명이 해결하고자 하는 과제]
본 발명에서는 단일의 TO-CAN 패키지 속에 송수신의 광 요소를 합리적으로 수용하면서, 불가피하다고 생각되는 크로스토크를 근본적으로 개선(저감)할 수 있는 광 모듈을 실현하는 것을 그 과제로 한다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 제1 태양은 양방향 광 서브 어셈블리로서, 레이저 다이오드와, 포토 다이오드와, 레이저 다이오드 및 포토 다이오드를 스템과 협동하여 밀봉하기 위한 캡과, 광학 및/또는 전기 크로스토크 저감을 위한 크로스토크 저감 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 태양은 제1 태양에 있어서, 상기 크로스토크 저감 구조는 캡의 내면에 형성되고, 적외선을 흡수할 수 있는 층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 태양은 제2 태양에 있어서, 상기 층은 흑색 도금층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4 태양은 제2 태양에 있어서, 상기 층은 수지층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제5 태양은 제1 태양에 있어서, 상기 크로스토크 저감 구조는 레이저 다이오드와 포토 다이오드 사이에 설치되고, 레이저 다이오드로부터 포토 다이오드로의 미광(迷光)을 물리적으로 저지할 수 있는 블록을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제6 태양은 제5 태양에 있어서, 상기 블록은 전자 부품(예를 들어, 레이저 다이오드 및/또는 포토 다이오드)를 실장하기 위한 회로 기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제7 태양은 제1 태양에 있어서, 상기 크로스토크 저감 구조는 레이저 다이오드의 후방 위치에 설치되고, 레이저 다이오드의 후방광을 흡수할 수 있는 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제8 태양은 제7 태양에 있어서, 레이저 다이오드 및 포토 다이오드가 실장되는 실리콘 기판을 더 포함하고, 상기 수지는 실리콘 기판상에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제9 태양은 제7 태양에 있어서, 스템은, 원반 모양의 받침부와, 거기서부터 수직으로 돌출되며 레이저 다이오드 및 포토 다이오드가 실장되는 실리콘 기판을 탑재하는 돌기를 가지며, 상기 수지는 스템의 받침부에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제10 태양은 제1 태양에 있어서, 스템은, 원반 모양의 받침부와, 거기서부터 수직으로 돌출되며 레이저 다이오드 및 포토 다이오드가 실장되는 실리콘 기판을 탑재하는 돌기를 가지며, 스템에 관통 배치되는 송신측용 리드핀군(群) 및 수신측 용 리드핀군이 마련되며, 송신측용 리드핀군 근방에 그라운드(ground) 전위를 가지는 스템 돌기가 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제11 태양은 제1 태양에 있어서, 포토 다이오드로부터의 수신 신호를 증폭하기 위한 트랜스 임피던스 앰프를 포함하고, 상기 크로스토크 저감 구조는 레이저 다이오드 또는 거기에 접속된 전극 패드와 송신측 리드핀을 접속하는 와이어쌍과, 포토 다이오드 또는 거기에 접속된 전극 패드와 트랜스 임피던스 앰프를 접속하는 와이어쌍과, 트랜스 임피던스 앰프와 수신측 리드핀을 접속하는 와이어쌍을 포함하며, 각각의 와이어쌍끼리가 서로 대략 직교하도록 부설(敷設)되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제12 태양은 제1 태양에 있어서, 스템은, 원반 모양의 받침부와, 거기서부터 수직으로 돌출되며 레이저 다이오드 및 포토 다이오드가 실장되는 실리콘 기판을 탑재하는 돌기를 가지며, 송신측용 리드핀군과 수신측용 리드핀군을 포함하는, 복수의 전기 접속용 리드핀은 스템에 관통 배치되고, 스템 돌기와는 반대측에서 송신측용 리드핀군과 수신측용 리드핀군의 2개의 그룹으로 나뉘며, 쌍방이 평행하게 배치되는 구성을 가지며, 그 2개의 그룹 사이에는, 내층에 그라운드층을 갖는 프린트 회로 기판이 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제13 태양은 제1 태양에 있어서, 리셉터클과, 리셉터클의 캡측의 광출입단에 마련되고, 광축에 대해 소정 각도로 기울어져 있는 광학 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제14 태양은 광 트랜시버로서, 레이저 다이오드와, 포토 다이오드와, 레이저 다이오드 및 포토 다이오드를 스템과 협동하여 밀봉하기 위한 캡과, 광학 및/또는 전기 크로스토크 저감을 위한 크로스토크 저감 구조를 포함하는 양방향 광 서브 어셈블리와, 양방향 광 서브 어셈블리를 위한 광송수신용 프린트 회로 기판과, 양방향 광 서브 어셈블리 및 프린트 회로 기판을 덮는 외부 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제15 태양은 제14 태양에 있어서, 상기 크로스토크 저감 구조는 캡의 내면에 형성되고, 적외선을 흡수할 수 있는 층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제16 태양은 제14 태양에 있어서, 상기 크로스토크 저감 구조는 레이저 다이오드와 포토 다이오드 사이에 설치되고, 레이저 다이오드로부터 포토 다이오드로의 미광을 물리적으로 저지할 수 있는 블록을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제17 태양은 제14 태양에 있어서, 상기 크로스토크 저감 구조는 레이저 다이오드의 후방 위치에 설치되고, 레이저 다이오드의 후방광을 흡수할 수 있는 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제18 태양은 제14 태양에 있어서, 스템은, 원반 모양의 받침부와, 거기서부터 수직으로 돌출되며 레이저 다이오드 및 포토 다이오드가 실장되는 실리콘 기판을 탑재하는 돌기를 가지며, 스템에 관통 배치되는 송신측용 리드핀군 및 수신측용 리드핀군이 마련되고, 송신측용 리드핀군 근방에 그라운드 전위를 가지는 스템 돌기가 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제19 태양은 제14 태양에 있어서, 포토 다이오드로부터의 수신 신호를 증폭하기 위한 트랜스 임피던스 앰프를 포함하고, 상기 크로스토크 저감 구조는 레이저 다이오드 또는 거기에 접속된 전극 패드와 송신측 리드핀을 접속하는 와이어쌍과, 포토 다이오드 또는 거기에 접속된 전극 패드와 트랜스 임피던스 앰프를 접속하는 와이어쌍과, 트랜스 임피던스 앰프와 수신측 리드핀을 접속하는 와이어쌍을 포함하고, 각각의 와이어쌍끼리가 서로 대략 직교하도록 부설되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제20 태양은 제14 태양에 있어서, 리셉터클과, 리셉터클의 캡측의 광출입단에 마련되고, 광축에 대해 소정 각도로 기울어져 있는 광학 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
[발명의 효과]
성능을 종래와 동등 또는 그 이상으로 유지하면서, 구성 부품의 부품수를 극적으로 저감할 수 있고, 구조가 간단하면서 제조가 쉽기 때문에, 저비용·대량생산이 가능해진다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 작용·효과 등에 대해서는 첨부한 도면 및 본 발명의 실시형태의 기재로부터 당업자가 명확히 알게 될 것이다.
[도면의 간단한 설명]
도 1은 본 실시형태의 양방향 광 서브 어셈블리(마이크로 BOSA)의 사시도이다.
도 2A는 마이크로 BOSA의 측면도이다.
도 2B는 마이크로 BOSA의 끝면도이다.
도 2C는 마이크로 BOSA의 회로도이다.
도 3은 광 트랜시버의 사시도이다.
도 4A는 광 트랜시버의 평면도이다.
도 4B는 광 트랜시버의 끝면도이다.
도 4C는 광 트랜시버의 측면도이다.
도 5는 외부 케이스를 부착한 광 트랜시버의 사시도이다.
도 6은 마이크로 BOSA 칩의 사시도이다.
도 7은 리셉터클의 사시도이다.
도 8은 캔 캡의 종단면도이다.
도 9는 마이크로 BOSA 칩의 평면도이다.
도 10은 스템상에 수지를 쌓아 올리는 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 실리콘 기판상에 수지를 쌓아 올리는 구성을 나타내는 도면이다.
도 12A는 캔 캡 내에서의 송신측 및 수신측의 각 배선의 배치를 나타내는 도면이다.
도 12B는 스템 돌기부의 평면도이다.
도 13은 캔 캡으로부터 돌출되는 리드핀들 사이에 프린트 기판이 끼워지는 관계를 나타내는 도면이다.
도 14A는 스템에 번호를 부여하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 14B는 마이크로 BOSA 칩을 다이스 본딩(DB)하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 14C는 회로 기판을 탑재하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 14D는 TIA를 다이스 본딩하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 14E는 진공 베이킹을 하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 14F는 캡을 조심(調芯)고정하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 14G는 도 14F와 마찬가지의 도면이다.
도 14H는 YAG 용접을 하는 공정을 나타내는 도면이다.
* 부호의 설명 *
1 . . . 마이크로 BOSA
3 . . . 프린트 회로 기판
5 . . . 광 트랜시버 어셈블리
6 . . . 광 트랜시버
7 . . . 외부 케이스
9 . . . 마이크로 BOSA 칩
11 . . . 스템
13 . . . 캔 캡
15 . . . 리셉터클
17 . . . 접속용 원통 부품
19 . . . 실리콘 기판
25 . . . WDM 필터
27 . . . 유리판
29 . . . TIA
31 . . . 회로 기판
41 . . . 스템 원반부
43 . . . 스템 돌기부
45 . . . 리드핀
47 . . . 화이버 스터브
49 . . . 광학 필터
53 . . . 수지
A . . . 1310nm대 출력 신호의 광경로
B . . . 1490nm대 입력 신호의 광경로
BL . . . 볼 렌즈
LD . . . 레이저 다이오드
LYR . . . 층
PD . . . 포토 다이오드
SL . . . 실리콘 마이크로 렌즈
이하, 본 발명의 일 실시형태를 설명하는데, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아님은 두 말할 필요도 없다.
도 1은 본 실시형태의 초소형 양방향 광 서브 어셈블리(micro-compact bi- directional optical subassembly)(이하, 마이크로 BOSA라고 함)(1)의 사시도이고, 도 2A 및 도 2B는 각각 이 마이크로 BOSA(1)의 측면도와 끝면도이다. 도 2C는 이 마이크로 BOSA(1)의 회로도이다. 도 3은 송신 및 수신 등을 위한(구동용 및 전기 인터페이스용) 프린트 회로 기판(3)을 마이크로 BOSA(1)에 짜맞춰 이루어지는 광 트랜시버 어셈블리(5)의 사시도이다. 도 4A, 도 4B, 도 4C는 각각 이 광 트랜시버 어셈블리(5)의 평면도, 끝면도, 측면도이다. 도 5는 소정의 외부 케이스(7)를 부착한 광 트랜시버(6)의 사시도이다. 이 광 트랜시버(6)는 1개의 광화이버에 1310nm대와 1490nm대의 2파장으로 송수신을 하는 파장 분할 다중(WDM: Wavelength Division Multiplexing) 방식의 광 트랜시버이다.
본 실시형태의 마이크로 BOSA(1)는 그 실체를 요약하면, 적어도 광 양방향 기능을 실현할 수 있는 광 디바이스가 단일 캔모양의 캡(또는, 패키지)에 콤팩트하게 수용되면서도, 후술하는 바와 같이 미광 등의 바람직하지 않은 사항을 멋지게 해결할 수 있는 것이라고 할 수 있다.
마이크로 BOSA(1)는, 예를 들어, 전체 길이가 약 16.4mm, 직경이 약 6.6mm이며, 종래의 SFF(Small Form Factor) 트랜시버 패키지에 쉽게 끼워 넣을 수 있을 정도로 충분히 작은 것이다. 마이크로 BOAS(1)은 언뜻 보면, TO 동축 OSA(Optical Subassebbly)와 같은 외관을 가진다고도 할 수 있다.
도 1을 참조하면, 마이크로 BOSA(1)는 기본적으로 마이크로 BOSA 칩(9)과, 마이크로 BOSA 칩(9)이 탑재되는 스템(11)과, 마이크로 BOSA 칩(9)를 덮어 밀봉 실(seal)하기 위한 볼 렌즈붙이 캡(이하, 「캔 캡」, 또는, 일반적인 「TO-CAN」이라는 용어를 사용하는 경우가 있다)(13)과, 리셉터클(예를 들어, SC형 광 커넥터)(15)과, 캔 캡(13) 및 리셉터클(15)을 연결하기 위한 접속용 원통 부품(17)을 포함한다.
도 6을 참조하면, 마이크로 BOSA 칩(9)은, 예를 들어, 2.4mm×2.4mm의 실리콘 기판(SiOB: 실리콘 옵티컬 벤치)(19)과, 이에 실장되는 다음의 각종 부품, 즉, 레이저 다이오드(LD) 및 포토 다이오드(PD)의 각 칩과 2개의 실리콘 마이크로 렌즈(SL)와 파장 분할 다중 필터(이하, WDM 필터)(25)를 포함한다. PD 칩은 유리 기판(27)을 매개하여 실리콘 기판(19) 상에 실장된다. 실리콘 기판(19) 상에는 그 밖에, TIA(트랜스 임피던스 앰프)(29)와, 세라믹 기판(회로 기판(31))이 실장된다.
사용되는 LD 칩과 PD 칩과 WDM 필터(25)는 종래의 광 컴포넌트를 위해 저비 용으로 대량생산되는 범용 부품으로 구성할 수 있다.
2개의 실리콘 마이크로 렌즈(SL)는 소위 회절 렌즈로, 공간 결합형 일심 양방향 기능을 콤팩트하게 실현하기 위한 것이다.
도 6에서 이해될 수 있는 바와 같이, 한 쪽 실리콘 마이크로 렌즈(SL)는 LD 칩과 WDM 필터(25) 사이에 배치되고, LD 칩으로부터의 출사광(예를 들어, 1310nm)을 콜리메이트하기 위한, 예를 들어, 비구면의 근접 실리콘 마이크로 렌즈이다. 다른 쪽 실리콘 마이크로 렌즈(SL)는 PD 칩과 WDM 필터(25) 사이에 배치되고, WDM 필터(25)로부터의 입사광(예를 들어, 1490nm)을 수속시켜 PD로 유도하기 위한, 예를 들어, 비구면의 근접 실리콘 마이크로 렌즈이다. 도 6에 있어서, A는 1310nm 출력 신호의 광경로를 나타내고, B는 1490nm 입력 신호의 광경로를 나타낸다.
양실리콘 마이크로 렌즈(SL)는 종래의 실리콘 LSI 제조 기술에 기초하여 저비용으로 고정밀도로 제작할 수 있다. 각 실리콘 마이크로 렌즈(SL)는 패시브 얼라이먼트 기술에 의해, 예를 들어, 실리콘 기판(19)에 마련한 대응하는 V홈(도시하지 않음)에 표면 실장된다. 상세하게는, 대응 V홈에 대해 실리콘 마이크로 렌즈(SL)의 측벽을 물리적으로 접촉시킴으로써 고정밀도로 위치결정하여 고정할 수 있다.
본 실시형태의 PD는, 예를 들어, 진성 반도체의 층(intrinsic)을 pn 접합의 중간에 두는 구조로 구성된, 소위 PIN 포토 다이오드이다. PD 칩은 수광면을 아래쪽으로 하여 페이스다운 실장되고, PD측 렌즈를 통한 광은 아래쪽으로 약간 회절하여 수속되어 V홈의 끝면(미러)에서 반사되고, 위쪽 PD 칩에 입사한다. LD의 파장과 PD의 파장을 서로 교체함으로써 OLT에도 적용할 수 있다.
본 실시형태의 마이크로 BOSA 칩에 비디오 신호용 아날로그 PD 칩이나 실리콘 마이크로 렌즈나 다른 WDM 필터를 단순히 추가함으로써 본원 발명의 적용 내지 응용 범위를 소위 트라이플렉서(triplexer)까지 쉽게 확대시킬 수 있다.
볼 렌즈붙이 캔 캡(13)은 일단이 막힌 원통 모양(즉, 캔 모양)의 캡 본체와, 그 일단의 중앙에 관통하도록 고정된 구형의 볼 렌즈(BL)로 기본적으로 구성된다.
볼 렌즈(BL)는 리셉터클(15)에 삽입되어 결합되는 싱글 모드 광화이버(SMF)와 LD칩 사이의 결상 렌즈로서 기능하고, 동시에, 볼 렌즈는 PD 칩과 SMF 사이의 결상 렌즈로서 기능한다.
이 공용 결상 렌즈 구조를 위해, LD 및 PD 쌍방의 광축 조정(alignment)은 PD 전류를 감시하는 일 없이, SMF에의 LD 출력 광파워만 감시함으로써 실시할 수 있다.
스템(11)은 스템 원반부(41)와, 스템 원반부(41)의 일 면에서 대략 수직으로 연장되는 스템 돌기부(43)와, 스템 원반부(41)를 관통하도록 마련되는 복수의 리드핀(45)을 포함한다. 상술한 바와 같이, 스템 돌기부(41)에 마이크로 BOSA 칩(9)이 탑재된다.
도 2B에 있어서, 스템 원반부(41)(스템(11))의 중심보다도 상측에서 수평 일렬로 늘어선 리드핀(45)은 수신측용 리드핀으로, 왼쪽부터 N, P, VCC, NC(예비)로 기호가 붙여지고, 스템(11)의 중심보다도 아래쪽에서 수평 일렬로 늘어선 리드핀(45)은 송신측용 리드핀으로, 왼쪽부터 GND, LDK, LDA로 기호가 붙여진다. 각 리드핀(45)과 대응하는 부품이란, 와이어 본딩되는 금선(도 1에서의 굵은 실선을 참 조할 것)에 의해 전기적으로 접속된다.
이러한 리드핀(45)의 배치 구성에 의해, 리드핀(45)이 프린트 회로 기판(3)을 그 상하면으로부터 끼워넣도록 하여, 마이크로 BOSA(1)와 프린트 회로 기판(3)을 접속 고정할 수 있다(도 4A 및 도 4C 참조).
프린트 회로 기판(3)의 한쪽 면은 광송신 회로용으로, 프린트 회로 기판(3)의 다른쪽 면은 광수신 회로용으로 할당된다(따라서, 개별 칩 셋의 사용 가능). 그리고, 프린트 회로 기판(3)의 중간층에는 그라운드면이 마련된다. 이와 같이 광송신 계통과 광수신 계통이 프린트 회로 기판(3)의 그라운드층에 의해 격리되므로, 전기 크로스토크를 효율적으로 저감할 수 있게 된다.
도 7을 참조하면, 리셉터클(15)은 싱글 모드 광화이버(SMF)와 볼 렌즈(BL)를 광학적으로 접속하기 위한 커넥터로, SMF를 유지하는, 예를 들어, 지르코니아 세라믹제 화이버 스터브(47)을 가진다. 리셉터클(15)의 소형 캡측의 광입출력단의 소정 각도로 기울어진 끝면에는 장파장 차단(cut) 필터(광학 필터(49))(1550nm대 이상 차단)가 설치된다. 이 구성에 의해, 예를 들어, 이더넷(등록상표) PON(EPON)을 이용하는 경우에는, 1550nm대의 아날로그 비디오 신호와 같은 다른 장파장 광신호가 배신(配信)되는데, 이것이 PD에 도달하는 것 및 광화이버에 반사되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 이 효과는 리셉터클 뿐만 아니라, 피그테일 형상에서도 얻을 수 있다.
상기 기재로부터도 잘 이해되듯이, 본 실시형태에서는 LD 및 PD의 양 칩을 단일 캔 캡(13)에 수용 배치함으로써 생길 우려가 있는 바람직하지 않은 사항(특 히, 광 크로스토크(미광)나 전기 크로스토크)이 멋지게 해결되고 있다. 이하, 이에 대해 간단히 설명한다.
(1) 미광 대책 1
송신용 LD로부터 출사된 광(전방광·후방광 모두) 중에 화이버나 모니터 PD에 결합되지 않는 것은 캔 캡(패키지)(13)의 내부에서 미광이 되고, 수신용 PD에 결합되어 노이즈가 되어 수신 특성을 악화시켜버릴 우려가 있다.
이를 해결하기 위해 본 발명에 따라, 예를 들어, 다음과 같은 2개의 구성(제1 및 제2 구성)이 제공된다. 양 구성은 단독 또는 중첩적으로 채용할 수 있다.
제1 구성은 도 8에 도시된 바와 같이, 캔 캡(13)의 내면에 적외선을 흡수하는 층(LYR)을 마련하는 구성이다. 층(LYR)의 형성 방법으로는, 예를 들어, 도금에 의한 방법과 수지를 도포하는 방법이 있다.
도금에 의한 방법의 경우, 적외선(미광)을 흡수하는 도금, 특히, 흑색 니켈 도금을 캔 캡(13)의 내면에 실시한다. 이로써, LD로부터 출사관 광이 도금층(LYR)으로 흡수되어 미광이 생기지 않는다. 도금은 두께 조절이 쉬워서 얇고 균일하게 처리할 수 있으며, 한 번에 다수의 캡 처리가 가능한 점에서 우수하다.
캔 캡 내면에 다음과 같은 방식으로 형성한 몇 가지의 흑색 도금층에 대해 적외선 흡수 특성의 우열에 대해 실험했다.
(a) 전해 니켈 도금에 의해 형성
(b) 무전해 니켈 도금에 의해 형성
(c) 블라스트 처리 후에 전해 니켈 도금에 의해 형성
(d) 블라스트 처리 후에 무전해 니켈 도금에 의해 형성
이 실험 결과로서, (c)의 『블라스트 처리 후에 전해 니켈 도금에 의해 형성한 흑색 도금층』의 적외선 흡수 특성이 아주 뛰어난 것이 확인되었다.
수지를 도포하는 방법의 경우, 적외선(미광)의 흡수 효율이 높은 수지를 캔 캡(13)의 내면에 도포한다. 도금할 수 없는 금속(스테인레스) 등에도 수지 도포가 가능하고, 일반적으로 유통하고 있는 렌즈 캡에도 후가공(수지 도포)할 수 있는 점에서 우수하다.
수지로는, 몇 가지 수행한 실험에서, 미국 Epoxy Technology사의 EPO-TEK H62(상품명)이 우수한 것이 확인되었다. 이는 CM0S 칩 코트나 페라이트 고정 등에 이용되는 알루미늄 필러가 들어간 일액성 흑색 타입의 산업용 기능성 접합 재료로, 페라이트, 유리 등의 재질을 고르는데 우수한 접착력과 적당한 유연성을 가지며, 실온 보존이 가능한 수지이다(주식회사 다이조 니치모리사업부의 자료에서 발췌).
제2 구성은 송신용 LD와 수신용 PD 사이에 블록을 배치하여 미광을 물리적으로 차단하는 구성이다. 즉, 송신용 LD로부터의 출사광이 렌즈와의 결합손실에 의해 미광이 되기 때문에, 이 미광이 수신용 PD에 입사하지 않도록 차단하는 미광 차단용 블록을 마련한다.
도 9에서 알 수 있듯이, 상술한 세라믹 기판(회로 기판(31))이 이 블록으로서의 기능을 다할 수 있다. 동일 도면에서 굵은 실선의 화살표가 미광을 나타내고 있다.
이러한 제2 구성에 의해 수신 노이즈의 저감에 의한 수신 특성의 향상이 가 능해지는 동시에, 고밀도 실장의 실현이 가능해진다. 더욱 구체적인 구성으로는, 예를 들어, 알루미나 세라믹 기판이나 질화알루미늄 세라믹 기판에, 각종 IC의 구동용 콘덴서를 실장하기 위한 일층 회로를 형성한 것을 생각할 수 있다.
블록(회로 기판(31))이 일정 이상의 높이를 갖는 경우에, LD 출사광이 PD로 돌아 들어가는 것(미광)이 현저히 감소하는 것이 실험적으로 확인되었다.
(2) 미광 대책 2
수동(受動) 광 네트워크(PON)에 사용되는 광 가입자선 종단 장치(ONU)용 LD 드라이버는 버스트 모드로 사용되기 때문에, 모니터 PD를 이용한 제어 방법에서는, 출력 제어가 어렵기 때문에, 모니터 PD에 의하지 않는 제어가 사용된다. 이 경우는 모니터 PD는 실장되지 않는다. 그러한 경우, LD의 후방에서 출사되는 광은 그대로 캔 캡(13) 속에서 미광이 되어 수신용 PD에 결합되어 버릴 우려가 있다.
이를 해결해야 하고자, LD 후방광(미광)을 흡수하기 위해, 본 발명에 의해 다음 2가지 구성이 제공된다.
제1 구성은 도 1O에 도시된 바와 같이, 스템(11) 상의 LD 후방 위치에 소정 수지를 쌓아 올리는(본딩) 구성이고, 제2 구성은 도 11에 도시된 바와 같이, LD가 실장되는 실리콘 기판(19) 상의 LD 후방 위치에 소정 수지를 쌓아 올리는 구성이다.
어떠한 구성에 있어서도, LD 후방측에 배치되는 소정 수지(53)가 LD 후방광을 효과적으로 흡수한다(도 10 및 도 11에서, 굵은 실선의 화살표가 미광을 나타내고 있다). 이 때문에, 이 수지가 마련되지 않는 것과 비교하여 수신용 PD로 향하는 미광이 대폭 감소하고, 미광에 의한 노이즈가 경감되며, 수신 특성이 현저히 개선되는 것이 실험적으로 확인되었다. 이 수지로는 상술한 캔 캡(13) 내면에 도포하기에 적합한 수지와 동일한 것을 채용할 수 있다.
(3) 전기 크로스토크 대책
본 실시형태와 같이, 초소형 캔 캡(13) 내에 LD 및 PD의 양 칩을 수용하는 구성의 경우, 송수신의 신호 배선이 가까워진다. 구체적으로는, 송신 회로 및 수신 회로 사이의 거리가 2mm 정도밖에 나지 않아 전기 크로스토크의 경감은 매우 어렵지만, 본 발명에 의하면, 이것이 멋지게 해결된다. 다음의 3가지 구성이 본 발명에 따라 제공된다.
제1 구성은, 도 12에 도시된 바와 같이, 캔 캡(13) 내부에 있어서, 송신측 LD의 본딩 와이어(송신측의 배선(금선))와, 수신측 PD의 본딩 와이어(수신측의 배선(금선))가 대략 직교하도록 부품 배치를 하는 구성이다(동일 도면에서, 굵은 실선이 금선을 나타낸다). 이로써, 송수신 와이어(금선) 사이의 크로스토크를 경감할 수 있다.
제2 구성은 도 12에 도시된 바와 같이, 스템(11)(스템 원반부(41))의 캔 캡측에 있어서, 송신측용 리드핀(45)(도면에서 2개)을 실리콘 기판(19)의 표면보다 아래쪽에 배치하고, 수신측용 리드핀(45)(도면에서 4개)을 실리콘 기판(19)의 표면보다 위쪽에 배치하며, 송신측의 리드핀 근방에 그라운드 구성 금속이 위치하도록 구성한다. 이로써, 전기 크로스토크를 경감할 수 있다.
제3 구성은, 상술한 바와 같이, 도 13에 도시된 바와 같이, 스템(11)(스템 원반부(41))의 캔 캡(13)과는 반대쪽에 있어서, 바깥쪽으로 돌출되는 일련의 리드핀(45)은(동일 도면에서 상측의) 수신측용 리드핀(45)(N, P, VCC, NC)와 (동일 도면에서 아래쪽의) 송신측용 리드핀(45)(LDK, LDA) 및 그라운드용 리드핀(45)의 2개의 그룹으로 나뉘고, 그들 사이에는 그라운드층을 내층에 갖는 프린트 회로 기판(3)이 배치된다. 각 리드핀(45)은 똑바로 펴진 상태에서 프린트 회로 기판(3)에 접속 고정된다.
이상과 같은 3개의 구성, 즉, (1) 캔 캡(13)으로 실(seal)되는 내부에서, 송수신의 본딩 와이어가 대략 직교하는 구성, (2) 송신측 리드핀군과 수신측 리드핀군이 실리콘 기판의 표면을 경계로 상하로 나뉘고, 송신측 리드핀군의 근방에는 그라운드 금속이 마련되는 구성, (3) 캡 실 이외의 부분에서 돌출되는 송신측 및 수신측의 각 리드핀을 2개로 나누도록 그라운드층을 내층에 갖는 프린트 회로 기판(3)이 끼워지는 구성에 의해, 전기 크로스토크가 현저히 저감되고 또한 송신측의 방사 노이즈가 상당히 분리된다.
(4) 반사 로스 대책
아날로그 비디오 신호(예를 들어, 1550nm)를 광 트랜시버 내부에서 차단하면, 차단된 신호는 미광이 되고, 디지털의 수신 신호의 노이즈가 되어 버린다.
이를 해결하기 위해, 본 발명에 의해, 상술한 바와 같이 리셉터클 끝면을 소정 각도(예를 들어, 6°∼8°)만큼 기울어진 연마면으로 하고, 이 연마면에 아날로그 비디오 신호 차단용 필터(장파장 차단 필터(49))를 붙이는 구성이 제공된다.
이 구성, 즉, 리셉터클(15)의 경사 연마면에 필터(49)를 필터면의 바깥쪽을 향하게 붙이는 구성에 의해, 아날로그 신호는 필터(49)에서 반사되어 화이버 SMF의 클래드로 나가고, 화이버 피복에 흡수된다. 이 때문에, 내부에 필터를 형성한 것에 비해, 차단된 아날로그 비디오 신호가 디지털 수신계로 들어가는 일이 없어지고, 외부에서 제거되는 결과, 디지털 신호의 수신 특성이 아날로그 신호에 영향을 받지 않게 된다.
다음에는, 도 14A∼도 14H를 참조하여 본 실시형태의 마이크로 BOSA(1)의 제조 공정의 일 예를 간단히 설명한다.
(A) 스템 번호 부여:
레이저에 의해 스템(11)에 로트 번호 등을 붙인다. 그리고, 상기 미광 대책용 소정 수지(53)의 포팅을 한다(도시하지 않음).
(B) 마이크로 BOSA 칩 DB(다이스 본딩):
은 페이스트를 도포하고, 그 후 마이크로 BOSA 칩(9)을 스템(11)(스템 돌기부(43)) 위에 탑재한다.
(C) 회로 기판 탑재:
은 페이스트를 도포하고, 그 후 세라믹 기판(회로 기판(31))을 탑재한다. 마찬가지로 하여, 캐패시터(콘덴서)를 탑재한다.
(D) TIA DB:
은 페이스트를 도포하고, 그 후 TIA(트랜스 임피던스 앰프(29))를 탑재한다.
(E) 진공 베이킹:
예를 들어, 140℃에서 4시간의 진공 베이킹(진공 건조) 처리를 한다.
(F)(G) 캡 조심(調芯) 고정:
볼 렌즈(BL)부착 캔 캡(13)으로 마이크로 BOSA 칩(9)을 밀봉 실(seal)하도록 프로젝션 용접에 의해 캔 캡(13)을 부착한다. 그 후에 He 리크체크, 버블 리크체크, 전기 광학 특성 시험, 및 외관 검사를 한다.
(H) 조심 YAG:
캔 캡(13)에 접속용 원통 부품(17)을 세트하여 조심 후에 YAG 레이저 용접(관통 용접)을 하고, 접속 원통 부품(17)을 고정한다.
이어, 접속 원통 부품(17)에 대해 리셉터클(15)을 세트하여 조심 후에 YAG 레이저 용접(필렛 용접)을 하고, 리셉터클(15)을 고정한다.
용접 종료 후에는 기능 검사 및 외관 검사를 한다. 이로써, 마이크로 BOSA(1)가 완성된다.
그런데, 본 발명에 관한 마이크로 BOSA의 시험제작품을 제작하여 25℃에서의 광특성 및 광전특성을 계측했다. 그 결과로서, 문턱값 전류 8.0mA, 슬로프 효율 137mW/A, 리턴 로스 50dB 이상(1490nm), 리턴 로스 42dB(1550nm), 리턴 로스 13dB(1310nm), 차단 필터 로스 46.5dB(PD에 1310nm), 차단 필터 로스 43dB(PD에 1550nm), 광 아이소레이션 47dB(LD로부터 PD로 1310nm)라는 훌륭한 데이터를 이끌어낼 수 있었다.
또, 본 발명에 관한 마이크로 BOSA를 끼워 넣은 광 트랜시버를 시험제작하고, 광특성을 계측했다. 그 결과로서, 1.25 Gbit/s에서의 양방향 통신에 있어서, 기가 비트·이더넷(등록상표) PON 트랜시버에서 사용하기에 충분할 만큼 낮은 최소 수광 감도 -28.5dBm을 갖는 것이 실증되었다. 또한, 이 마이크로 BOSA는 OLT측에도 적용할 수 있음은 명백하다.
이상, 특정한 실시형태를 참조하여 본 발명을 상세히 기재 및 도시했지만, 그 기재는 한정적인 의미로 해석되는 것을 의미하지 않으며, 본 발명의 다른 실시형태는 본원 명세서를 참조함으로써 당업자에 있어서 명확해질 것이다. 즉, 개시한 실시형태의 다양한 변경이 가능하며, 따라서, 본원의 청구 범위에 기재한 발명의 범위에서 벗어나지 않고 이와 같은 변경을 할 수 있다.
구조가 간단하고 제조가 쉬우며, 광 및 전기 크로스토크의 문제를 양호하게 해결할 수 있는 간단한 구조의 초소형 BOSA를 제공할 수 있으며, 양방향 광 통신의 더 나은 비약에 공헌할 수 있다.

Claims (20)

  1. 레이저 다이오드와,
    포토 다이오드와,
    레이저 다이오드 및 포토 다이오드를 탑재하기 위한 스템과,
    레이저 다이오드 및 포토 다이오드를 스템과 협동하여 밀봉하기 위한 캡과,
    광학 크로스토크와 전기 크로스토크 중 적어도 하나의 크로스토크 저감을 위한 크로스토크 저감 구조를 포함하며,
    상기 스템은, 원반 모양의 받침부와, 거기서부터 수직으로 돌출되며 레이저 다이오드 및 포토 다이오드가 실장되는 실리콘 기판을 탑재하는 돌기를 가지며,
    상기 스템에 관통 배치되는 송신측용 리드핀군 및 수신측용 리드핀군(群)이 마련되고,
    송신측용 리드핀군의 근방에 그라운드 전위를 가지는 스템 돌기가 설치되는 것을 특징으로 하는 양방향 광 서브 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 크로스토크 저감 구조는,
    캡의 내면에 형성되고, 적외선을 흡수할 수 있는 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 광 서브 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 층은 흑색 도금층을 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 광 서브 어셈블리.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 층은 수지층을 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 광 서브 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 크로스토크 저감 구조는,
    레이저 다이오드와 포토 다이오드 사이에 설치되고, 레이저 다이오드로부터 포토 다이오드로의 미광(迷光)을 물리적으로 저지할 수 있는 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 광 서브 어셈블리.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 블록은 레이저 다이오드와 포토 다이오드 중 적어도 하나의 다이오드를 위한 회로 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 광 서브 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 크로스토크 저감 구조는,
    레이저 다이오드의 후방 위치에 설치되고, 레이저 다이오드의 후방광을 흡수할 수 있는 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 광 서브 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서,
    레이저 다이오드 및 포토 다이오드가 실장되는 실리콘 기판을 더 포함하고,
    상기 수지는 실리콘 기판상에 설치되는 것을 특징으로 하는 양방향 광 서브 어셈블리.
  9. 제7항에 있어서,
    스템은, 원반 모양의 받침부와, 거기서부터 수직으로 돌출되며 레이저 다이오드 및 포토 다이오드가 실장되는 실리콘 기판을 탑재하는 돌기를 가지며,
    상기 수지는 스템의 받침부에 설치되는 것을 특징으로 하는 양방향 광 서브 어셈블리.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    포토 다이오드로부터의 수신 신호를 증폭하기 위한 트랜스 임피던스 앰프를 포함하고,
    상기 크로스토크 저감 구조는,
    레이저 다이오드 또는 거기에 접속된 전극 패드와 송신측 리드핀을 접속하는 와이어쌍과,
    포토 다이오드 또는 거기에 접속된 전극 패드와 트랜스 임피던스 앰프를 접속하는 와이어쌍과,
    트랜스 임피던스 앰프와 수신측 리드핀을 접속하는 와이어쌍을 포함하고,
    각각의 와이어쌍끼리가 서로 직교하도록 부설(敷設)되는 것을 특징으로 하는 양방향 광 서브 어셈블리.
  12. 제1항에 있어서,
    스템은, 원반 모양의 받침부와, 거기서부터 수직으로 돌출되며 레이저 다이오드 및 포토 다이오드가 실장되는 실리콘 기판을 탑재하는 돌기를 가지며,
    송신측용 리드핀군과 수신측용 리드핀군을 포함하는 복수의 전기 접속용 리드핀은 스템에 관통 배치되고,
    스템 돌기와는 반대 쪽에서 송신측용 리드핀군과 수신측용 리드핀군의 2개의 그룹으로 나뉘고, 쌍방이 평행하게 배치되는 구성을 가지며, 그 2개의 그룹 사이에는 내층에 그라운드층을 갖는 프린트 회로 기판이 설치되는 것을 특징으로 하는 양방향 광 서브 어셈블리.
  13. 제1항에 있어서,
    리셉터클과,
    리셉터클의 캡측의 광출입단에 마련되며, 광축에 대해 소정 각도 기울어져 있는 광학 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 광 서브 어셈블리.
  14. 레이저 다이오드와, 포토 다이오드와, 레이저 다이오드 및 포토 다이오드를 스템과 협동하여 밀봉하기 위한 캡과, 광학 크로스토크와 전기 크로스토크 중 적어도 하나의 크로스토크 저감을 위한 크로스토크 저감 구조를 포함하는 양방향 광 서브 어셈블리와,
    양방향 광 서브 어셈블리를 위한 광송수신용 프린트 회로 기판과,
    양방향 광 서브 어셈블리 및 프린트 회로 기판을 덮는 외부 케이스를 포함하며,
    상기 스템은, 원반 모양의 받침부와, 거기서부터 수직으로 돌출되며 레이저 다이오드 및 포토 다이오드가 실장되는 실리콘 기판을 탑재하는 돌기를 가지며,
    상기 스템에 관통 배치되는 송신측용 리드핀군 및 수신측용 리드핀군이 마련되고,
    송신측용 리드핀군의 근방에 그라운드 전위를 가지는 스템 돌기가 설치되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 광 트랜시버.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 크로스토크 저감 구조는,
    캡의 내면에 형성되고, 적외선을 흡수할 수 있는 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 트랜시버.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 크로스토크 저감 구조는,
    레이저 다이오드와 포토 다이오드 사이에 설치되고, 레이저 다이오드로부터 포토 다이오드로의 미광을 물리적으로 저지할 수 있는 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 트랜시버.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 크로스토크 저감 구조는,
    레이저 다이오드의 후방 위치에 설치되고, 레이저 다이오드의 후방광을 흡수할 수 있는 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 트랜시버.
  18. 삭제
  19. 제14항에 있어서,
    포토 다이오드로부터의 수신 신호를 증폭하기 위한 트랜스 임피던스 앰프를 포함하고,
    상기 크로스토크 저감 구조는,
    레이저 다이오드 또는 거기에 접속된 전극 패드와 송신측 리드핀을 접속하는 와이어쌍과,
    포토 다이오드 또는 거기에 접속된 전극 패드와 트랜스 임피던스 앰프를 접속하는 와이어쌍과,
    트랜스 임피던스 앰프와 수신측 리드핀을 접속하는 와이어쌍을 포함하고,
    각각의 와이어쌍끼리가 서로 직교하도록 부설되는 것을 특징으로 하는 광 트랜시버.
  20. 제14항에 있어서,
    리셉터클과,
    리셉터클의 캡측의 광출입단에 마련되며, 광축에 대해 소정 각도로 기울어져 있는 광학 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 트랜시버.
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