(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
近年、光通信の高速化および大容量化が求められており、それを実現するために複数の光ファイバまたは光導波路を用いて光信号を並列に伝送する並列光伝送方式が用いられている。
【0003】
並列光伝送方式に用いられる光モジュールにおいて、集積化され、小型化、高密度化された回路においては、近接する配線の間で相互インダクタンスが増大し、信号間にクロストークが発生する。さらに、高周波信号を使用する場合にはクロストークが増大する。そのため、高周波信号を用いる光素子においてはクロストークの発生が特に問題となっており、光モジュールの小型化、高密度化を進めるためにクロストークの低減が求められている。
【0004】
信号間のクロストークを低減するための手法として、特許文献1に記載の技術では、レーザアレイとプリント基板とを接続する配線において、レーザのp形電極に接続された線と、レーザのn形電極に接続された線とを交互に配置し、n形電極に接続された線をグランドとして使用している。その結果、信号線がグランド線に挟まれた構造となるため、信号線間のクロストークを低減することができる。
【0005】
また、特許文献2に記載の技術では、光デバイスと駆動デバイスとを接続する配線において、光デバイスのアノード電極に接続された線と、光デバイスのカソード電極に接続された線とを交互に配置し、カソード電極に接続された線を基準電位線に接続している。信号線がグランド線に挟まれた構造となるため、信号線間のクロストークを低減することができる。
【0006】
図7は、特許文献1および2に記載された技術のように信号線とグランド線とを交互に配置する構成を有する、並列光伝送方式に用いられる光モジュールの概略図である。光モジュールは、複数の光素子1を有する光デバイス2と、光デバイス2の制御を行う制御デバイス3と、複数の線路4a、4bを表面に有する基板4を備える。制御デバイス3は、複数の線路4a、4bに接するように基板4上に配置されている。複数の線路4a、4bのそれぞれはワイヤ5の一端に接続されており、ワイヤ5の他端は複数の光素子1のそれぞれに付設されるアノード端子6a、カソード端子6bに接続される。線路4aおよびアノード端子6aを結ぶ配線と、線路4bおよびカソード端子6bを結ぶ配線とは、基板4の表面に沿って交互に配置される。この構成により、線路4a、4b、ワイヤ5および端子6a、6bを介して、複数の光素子1と制御デバイス3との間で信号の授受が行われる。
この光モジュールでは、カソード電極6bに接続された線路4bは制御デバイス3側でグランドに接続されているため、信号線がグランド線に挟まれた構造となっている。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。なお、以下で説明する図面で、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。
【0014】
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態に係る光モジュール100の概略図である。光モジュール100は、複数の受光素子101を有する光デバイス102と、光デバイス102と信号の授受を行う制御デバイス103と、信号を通す複数の線路104a、104bを有する基板104とを備える。
【0015】
光デバイス102は複数の受光素子101を有しており、受光素子101は光を受けると電気信号を発生させるフォトダイオードである。受光素子101としては、高周波信号に対応している任意の受光素子を用いることができる。受光素子101のそれぞれは、アノード端子101aとカソード端子101bとを光デバイス102の表面に有する。本明細書では、個々の受光素子101に係る信号の経路をチャネルと呼ぶ。
図1には合計3つのチャネルが示されているが、この数に限定されない。
本実施形態では、光デバイス102は基板104上に載置されているが、基板104に一体化して設けられてもよい。光デバイス102としては、並列光伝送方式が実現できるように複数の光素子が並列に配置されているものであれば、任意の構成を用いることできる。
【0016】
基板104は、プリント基板であり、表面に導電性の複数の線路104a、104bを有する。アノード端子101aに接続される線路104aをアノード線路104aといい、カソード端子101bに接続される線路104bをカソード線路104bという。アノード線路104aとカソード線路104bとは並列して配置されており、互いに隣接して交互に設けられている。アノード線路104aは少なくともアノード端子101aと同じ数が設けられており、カソード線路104bは少なくともカソード端子101bと同じ数が設けられている。アノード線路104aとカソード線路104bとの間のピッチ(間隔)は、アノード端子101aとカソード端子101bとの間のピッチと等しく設定している。
【0017】
制御デバイス103は、受光素子101からの電気信号を受信して処理を行う集積回路(IC)である。制御デバイス103は、少なくともアノード端子101aおよびカソード端子101bの合計の数の端子(不図示)を有する。制御デバイス103の端子がそれぞれ別々の線路104a、104bに接するように、制御デバイス103は基板104上に載置される。制御デバイス103は、基板104に一体化して設けられてもよい。
制御デバイス103としては、光素子のアノード端子およびカソード端子に配線で接続されて信号の授受を行うものであれば、任意の構成を用いることができる。
【0018】
複数の受光素子101のそれぞれのアノード端子101aは、第1のワイヤ105aにより、別々のアノード線路104aに接続される。このように接続されたアノード端子101a、第1のワイヤ105aおよびアノード線路104aは、アノード端子101aへの信号が流れる信号経路として機能する。また、複数の受光素子101のそれぞれのカソード端子101bは、第2のワイヤ105bにより、別々のカソード線路104bに接続される。このように接続されたカソード端子101b、第2のワイヤ105bおよびカソード線路104bは、カソード端子101bからの信号が流れる信号経路として機能する。
1つの受光素子101が有する、つまり同一のチャネルに係るアノード端子101aおよびカソード端子101bは、互いに隣接する2つの線路104a、104bに接続される。
【0019】
端子と線路とを接続している状態において、第1のワイヤ105aと第2のワイヤ105bとは、互いに交差しており、かつ互いに接触しないように配置される。
図2(a)は、本実施形態に係る第1のワイヤ105aおよび第2のワイヤ105bの立体配置を示す斜視図である。アノード端子101aとアノード線路104aとを結ぶ第1のワイヤ105aは、カソード端子101bとカソード線路104bとを結ぶ第2のワイヤ105bの上側に離間し、かつ横切って配置されている。この構成により、各受光素子101と制御デバイス103とを結ぶ配線、つまり各チャネルの配線は、それぞれ交差した状態になっている。本明細書においては、このように同一チャネルの配線が接触しないように交差して接続されている構造を、クロス配線という。
【0020】
本実施形態では第1のワイヤ105aが第2のワイヤ105bの上側を通っているが、第1のワイヤ105aと第2のワイヤ105bとが接触せずに交差していれば、第1のワイヤ105aが第2のワイヤ105bの下側を通ってもよい。
【0021】
各受光素子101と制御デバイス103との間の配線にクロス配線を採用することによって、同一チャネルの配線同士が近づくため、同一チャネル内の電磁界の結合が強化される。一方で、隣接する異なるチャネル間の結合は抑制される。その結果、異なるチャネル間のクロストークが大きく低減されると考えられる。
【0022】
同一チャネル内の電磁界の結合を強化するために、第1のワイヤ105aと第2のワイヤ105bとは近接していることが望ましい。具体的には、第1のワイヤ105aと第2のワイヤ105bとの高さの差が、第1のワイヤ105aと第2のワイヤ105bとの交差部分において第1のワイヤ105aと第2のワイヤ105bとが離間しつつ、ピッチ(アノード端子とカソード端子との間隔および線路間の間隔)の1.5倍以下であるとよい。さらに好ましくは、第1のワイヤ105aと第2のワイヤ105bとの高さの差が、ピッチの同程度以下であるとよい。
【0023】
本実施形態は、全てのアノード端子101aとカソード端子101bとの間のピッチ、および全てのアノード線路104aとカソード線路104bとの間のピッチは同一である構成であるが、ピッチが異なる構成であってもよい。その場合には、同一のチャネルに係るアノード端子101aとカソード端子101bとの間のピッチ(チャネル内ピッチという)を、該チャネルに係るアノード端子101a(あるいはカソード端子101b)と該チャネルに隣接するチャネルに係るカソード端子101b(あるいはアノード端子101a)との間のピッチ(チャネル間ピッチという)以下に設定することが好ましい。
ピッチが異なる構成においては、第1のワイヤ105aと第2のワイヤ105bとの高さの差が、第1のワイヤ105aと第2のワイヤ105bとの交差部分において第1のワイヤ105aと第2のワイヤ105bとが離間しつつ、チャネル間ピッチの1.5倍以下であるとよい。さらに好ましくは、第1のワイヤ105aと第2のワイヤ105bとの高さの差が、チャネル間ピッチの同程度以下であるとよい。
【0024】
(実施例)
シミュレーションにより、本発明によるクロストークの低減効果の確認を行った。シミュレーションには、AWR Microwave Officeを用いた。
【0025】
実施例1は、第1の実施形態の構成である。シミュレーションの条件は以下のように設定した。実施例1では、第1のワイヤ105aと第2のワイヤ105bとの高さの差がピッチより小さく設定されている。
平面長さ:0.3716mm
高さ(第1のワイヤ):0.175mm
高さ(第2のワイヤ):0.1mm
ピッチ:0.125mm
【0026】
実施例2は、実施例1に対して第1のワイヤの高さのみが異なる構成である。シミュレーションの条件は以下のように設定した。実施例2では、第1のワイヤ105aと第2のワイヤ105bとの高さの差がピッチに等しく設定されている。
平面長さ:0.3716mm
高さ(第1のワイヤ):0.225mm
高さ(第2のワイヤ):0.1mm
ピッチ:0.125mm
【0027】
実施例3は、実施例1に対して第1のワイヤの高さのみが異なる構成である。シミュレーションの条件は以下のように設定した。実施例3では、第1のワイヤ105aと第2のワイヤ105bとの高さの差がピッチの約1.5倍に設定されている。
平面長さ:0.3716mm
高さ(第1のワイヤ):0.275mm
高さ(第2のワイヤ):0.1mm
ピッチ:0.125mm
【0028】
比較例は、第1のワイヤ105aと第2のワイヤ105bとを交差させていない構成である(これをストレート配線という)。
図2(b)は、比較例に係る第1のワイヤ105aおよび第2のワイヤ105bの立体配置を示す斜視図である。ワイヤの接続方式以外は、実施例の構成と同様である。シミュレーションの条件は以下のように設定した。
平面長さ:0.35mm
高さ(第1のワイヤ):0.1mm
高さ(第2のワイヤ):0.1mm
ピッチ:0.125mm
【0029】
平面長さとは基板に水平な方向のワイヤの長さであり、高さとは基板に垂直な方向のワイヤの長さである。ピッチとはアノード端子とカソード端子との間隔、およびそれに等しい線路間の間隔である。なお、線路104a、104bと端子101a、101bとの間の距離は実施例と比較例とで同一に設定しているが、実施例ではクロス配線になっている分、比較例より平面長さが長くなっている。
【0030】
一般的に、クロストークを与える側のチャネルはアグレッサチャネルと呼ばれ、クロストークを受ける側のチャネルはモニタチャネルと呼ばれる。本シミュレーションにおいては、電圧が印加されている2つのアグレッサチャネル(
図2(a)、(b)のAおよびC)に、電圧が印加されていない1つのモニタチャネル(
図2(a)、(b)のB)が挟まれて配置されているモデルを作成し、それぞれのチャネルの電圧をシミュレーションにより測定した。
【0031】
図3(a)〜(c)は、アグレッサチャネルにおいて測定された電圧のグラフを示す図である。
図3(a)は実施例1の結果であり、
図3(b)は実施例2の結果であり、
図3(c)は比較例の結果である。
図3(a)〜(c)の横軸は時間であり、縦軸は電圧である。
図3(a)〜(c)から、アグレッサチャネルの電圧は、実施例と比較例とでほぼ変化がないことがわかる。実施例および比較例のいずれのアグレッサチャネルにおいても、ピーク間電圧Vppは約0.58Vとなっている。したがって、クロス配線を採用しても、ストレート配線に比べて出力信号の劣化は発生しておらず、同等の信号伝送を行うことが可能であることが確認された。
【0032】
図4(a)〜(c)は、モニタチャネルにおいて測定された電圧のグラフを示す図である。
図4(a)は実施例1の結果であり、
図4(b)は実施例2の結果であり、
図4(b)は比較例の結果である。
図4(a)〜(c)の横軸は時間であり、縦軸は電圧である。
モニタチャネルには電圧が印加されていないため、モニタチャネルにおいて測定された電圧はアグレッサチャネルからのクロストーク量を表す。
図4(a)〜(c)から、実施例のクロストーク量は、比較例のクロストーク量より小さくなっていることがわかる。
具体的には、比較例のVppは約0.019V(−29.6dB)であるのに対して、実施例1のVppは約0.0080V(−37.1dB)に、実施例2のVppは約0.0097V(−35.5dB)に低減された。また、図示していない実施例3のVppは約0.010V(−35.2dB)に低減された。したがって、シミュレーションで用いたような微小な回路においてクロス配線を採用すると、ストレート配線に比べて顕著にクロストークを低減することが可能であることが確認された。
【0033】
(第2の実施形態)
図5は、本実施形態に係る光モジュール200の概略図である。第1の実施形態に係る光モジュール100では、第1のワイヤ105aと第2のワイヤ105bとの間に高さの差があるため、第1のワイヤ105aの長さ(全長)と第2のワイヤ105bの長さ(全長)とが異なっている。それに対して、本実施形態に係る光モジュール200は、第1のワイヤ105aの長さと第2のワイヤ105bの長さとが同一である等長配線になるよう構成されている。等長配線にすることによって、クロストーク低減効果がさらに向上し、また配線間に信号の遅れが発生しないという追加の効果を得ることができる。
【0034】
光モジュール200は、第1の実施形態に係る光モジュール100と共通の構成要素を備えており、構成要素の配置のみが異なっている。
光モジュール200においては、アノード端子101aとアノード線路104aとを結ぶ第1のワイヤ105aは、カソード端子101bとカソード線路104bとを結ぶ第2のワイヤ105bの上側に離間し、かつ横切って配置されている。このとき、上側に位置する第1のワイヤ105aに接続されるアノード端子101aとアノード線路104aとの間の距離(すなわち、第1のワイヤ105aの一方端と他方端との間の距離)が、下側に位置する第2のワイヤ105bに接続されるカソード端子101bとカソード線路104bとの間の距離(すなわち、第2のワイヤ105bの一方端と他方端との間の距離)よりも小さくなるように配置することによって、第1のワイヤ105aおよび第2のワイヤ105bの高さの差を補償している。光モジュール200では、第1のワイヤ105aおよび第2のワイヤ105bの長さが同一になるように、端子101a、101bと線路104a、104bとの相対的な位置を、基板104の表面方向にずらして配置している。
【0035】
また、第1のワイヤ105aが第2のワイヤ105bの下側を通る場合には、下側に位置する第1のワイヤ105aに接続されるアノード端子101aとアノード線路104aとの間の距離が、上側に位置する第2のワイヤ105bに接続されるカソード端子101bとカソード線路104bとの間の距離よりも大きくなるように配置すればよい。
【0036】
(第3の実施形態)
図6は、本実施形態に係る光モジュール300の概略図である。光モジュール300は、第1の実施形態に係る光モジュールにおいて、制御デバイス103に関して光デバイス102とは反対側の入出力配線をさらにクロス配線にすることを特徴とする。このような構成により、クロストーク低減効果をさらに高めることができる。ここでは、第1の実施形態とは異なる部分、つまり制御デバイス103に関して光デバイス102とは反対側の部分のみ説明する。
【0037】
光モジュール300の制御デバイス103は、入力端子103aおよび出力端子103bをさらに有する。入力端子103aおよび出力端子103bは、少なくとも光素子101と同じ数が設けられている。互いに隣接する入力端子103aおよび出力端子103bの1つの組において、1つの光素子101(つまり、1つのチャネル)に係る信号の入出力が行われる。
【0038】
光モジュール300の基板104は、制御デバイス103を挟んで光デバイス102の反対側に、導電性の複数の線路107a、107bを有する。入力端子103aに接続される線路107aを入力線路107aといい、出力端子103bに接続される線路107bを出力線路107bという。入力線路107aと出力線路107bとは互いに隣接して交互に設けられている。入力線路107aおよび出力線路107bは、少なくとも光素子101と同じ数が設けられている。
本実施形態では、線路104a、104bと線路107a、107bとは同一の基板上に設けられているが、異なる基板上に設けられてもよい。
【0039】
それぞれの入力端子103aは、第3のワイヤ105cにより、別々の入力線路107aに接続される。このように接続された入力端子103a、第3のワイヤ105cおよび入力線路107aは、入力端子103aへの信号が流れる信号経路として機能する。また、それぞれの出力端子103bは、第4のワイヤ105dにより、別々の出力線路107bに接続される。このように接続された出力端子103b、第4のワイヤ105dおよび出力線路107bは、出力端子103bからの信号が流れる信号経路として機能する。
同一のチャネルに係る入力端子103aおよび出力端子103bは、互いに隣接する2つの線路107a、107bに接続される。
【0040】
端子と線路とを接続している状態において、第3のワイヤ105cと第4のワイヤ105dとは、互いに交差しており、かつ互いに接触しないように配置される。第3のワイヤ105cおよび第4のワイヤ105dの配置は、
図2(a)に示される第1のワイヤ105aおよび第2のワイヤ105bの立体配置と同様である。入力端子103aと入力線路107aとを結ぶ第3のワイヤ105cが、出力端子103bと出力線路107bとを結ぶ第4のワイヤ105dの上側に離間し、かつ横切って配置されている。この構成により、端子103a、103bと線路107a、107bとを結ぶ配線、つまり各チャネルの配線は、それぞれ交差した状態になっている。
【0041】
本実施形態では第3のワイヤ105cが第4のワイヤ105dの上側を通っているが、第3のワイヤ105cと第4のワイヤ105dとが接触せずに交差していれば、第3のワイヤ105cが第4のワイヤ105dの下側を通ってもよい。
【0042】
制御デバイス103と入力線路107aおよび出力線路107bとの間の配線にクロス配線を採用することによって、同一チャネルの配線同士が近接するため、同一チャネル内の電磁界の結合が強化される。一方で、隣接する異なるチャネル間の結合は抑制される。その結果、異なるチャネル間のクロストークが大きく低減されると考えられる。
【0043】
本実施形態では、光デバイスと制御デバイス間をクロス配線にすると同時に、光デバイスとは反対側における制御デバイスの入出力配線をクロス配線にしている。1つのチャネルに係る配線のいずれかの部分でクロス配線を採用すればクロストーク低減効果が得られるため、例えば、光デバイスと制御デバイス間をストレート配線にし、光デバイスとは反対側における制御デバイスの入出力配線のみをクロス配線にしても、クロストークを低減することができる。
【0044】
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【0045】
端子と線路とを結ぶ配線は、クロス配線を形成できる接続方法であれば、ワイヤに限られず、任意の導線を用いることができる。端子および線路の上にバンプを形成し、該バンプ間を導電体で結んでクロス配線を形成してもよい。交差部分の下側を通る配線をプリント基板上の配線パターンとし、交差部分の上側を通る配線をワイヤまたはバンプとすることによって、クロス配線を形成してもよい。
基板上の線路を介さずに、受光素子の端子と制御デバイスの端子とを直接配線で接続し、その配線をクロス配線にしてもよい。
【0046】
光モジュールを発光モジュールとして機能させる場合には、受光素子の代わりに端面発光レーザ、面発光レーザ(VCSEL)などの発光素子を用いればよい。その場合には、制御デバイスは、ワイヤおよび端子を介して、発光素子を発光させるための電圧を印加する。
本発明の本質は、光モジュールに用いる配線をクロス配線にすることにある。そのため、本発明に係る光モジュールには、アノード端子およびカソード端子を介した信号の授受により発光または受光の少なくとも一方を行う光素子であれば、任意のものを用いることができる。