説明

高周波接続配線基板、およびこれを備えた光変調器モジュール

【課題】環境温度の大きな変動に対して信頼性の高い高周波接続配線基板を提供する。
【解決手段】基板上に中心導体と接地導体とを有し、中心導体の一端側から10Gbps以上の高周波電気信号が入力され、中心導体の他端側から高周波電気信号が出力され、基板の表面と裏面との間に導通のためのビアを複数有する高周波接続配線基板において、環境温度変化により複数のビア間でクラックが発生しないよう、ビアを形成すべき位置における接地導体の表面積に応じた所定の直径で各ビアが形成され、複数のビアは複数種類の直径から構成される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光通信などで数十GHzの高速で動作させる光デバイスや電子デバイスとそれらと駆動するための電気ドライバとの接続に適用する高周波接続配線基板、およびこれを備えた光変調器モジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
高速電気接続配線を適用する代表的な光デバイスとして、誘電体材料を用いた光変調器がある。近年、高速、大容量の光通信システムが実用化されているが、このような高速、大容量の光通信システムに組込むための高速、小型、かつ低価格の光変調デバイスの開発が求められている。
【0003】
このような要望に応える光デバイスとして、リチウムナイオベート(LiNbO)のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板(変調用基板であり、以下LN基板と略す)に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型リチウムナイオベート光変調器(以下、LN光変調器と略す)がある。このLN光変調器は、その優れたチャーピング特性から2.5Gbps、10Gbpsの大容量光通信システムに適用されている。最近はさらに、複数のマッハツェンダ光導波路をネスト状に組み合わせた40Gbps、あるいは100Gbpsの超大容量光通信システムにも適用が検討されている。
【0004】
以下、従来、LN光変調器の概略と高周波接続配線基板を用いた光変調器モジュールについて説明する。
【0005】
(従来技術)
図3に、特許文献1に開示されたDQPSK光変調器(光変調器チップ)40を用いた光変調器モジュール50を示す。本図は実際にモジュール化する際に使用する高周波接続配線基板を組み込んだ状態の概略上面図である。ここで1はz−カットLN基板、2はSiOバッファ層、3は光導波路、3a、3b、3c、3dは相互作用光導波路、4a、4b、4c、4dは高周波電気信号用進行波電極の中心導体である。
【0006】
なお、図面を簡単にするために、光変調器として使用されるSi導電層や接地導体の図示は省略した。5a、5bはバイアス電極、6は外部コネクタとLN光変調器を電気的に接続する高周波接続配線基板、7a、7b、7c、7dは高周波接続配線基板の中心導体、8a、8b、8c、8d、8eは高周波接続配線基板の接地導体である。9はビアであり、近年は空洞型のビアが一般に使用されている。10はボンディングワイヤーである。また、20は高周波接続配線基板6の基板であり、ここではAlからなるとする。
【0007】
図4は高周波接続配線基板6の一部の拡大図である。ここで、11dと11cは中心導体7cと接地導体8c、8dの間のギャップである。WとWはそれぞれ接地導体8d、8cの幅を示し、Gは信号伝送方向におけるビア9のギャップ、Gは中心導体7cを間に挟んだ信号伝送方向と交わる方向におけるビア9のギャップを示している。
【0008】
図3と図4からわかるように、従来技術では、高周波接続配線基板上の複数の空洞型のビア9の直径Dは全てほぼ同じである。ところが、実際の高周波接続配線基板6ではビア9を設ける接地導体(ここでは、8d、8c)の幅Wが狭い場合が多く、その場合には中心導体7cを介してのビア9間のギャップGが狭くなる。また場所によっては、接地導体内(ここでは8c、8d)でのビア9間のギャップGも狭くなる。
【0009】
さて、LN光変調器モジュールを製作する際に時折発生する深刻な問題として高周波接続配線基板6のクラックがあげられる。−40℃〜80℃のヒートショック試験を500サイクル行った結果生じるクラックの様子を図4に示している。本出願人が行った信頼性試験においては、20個のサンプルのうち、4個に何らかのクラックが入っていた。21は接地導体8dの中におけるビア9間のクラックであり、22は中心導体7cを越えてのビア9間に入るクラックである。こうしたクラック21、22は高周波接続配線基板6を構成するAl基板20とステンレスなどの金属材料からなる不図示のパッケージ筐体との熱膨張係数の違いにより生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開2008−122786号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
以上のように、従来技術では、高周波接続配線基板に設けるビアの直径がビア全てにおいてほぼ同じであった。そのため、接地導体の幅が狭くビアの直径に近い場合にはヒートサイクルやヒートショックのような環境温度を変化させる信頼性試験において、ビアのために高周波接続配線基板にクラックが入る場合があるという深刻な問題があった。そこで本発明は、環境温度が大きく変化しても破壊されない、信頼性の高い高周波接続配線基板、およびこれを備えた光変調器モジュールの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載の高周波接続配線基板は、基板上に中心導体と接地導体とを有し、前記中心導体の一端側から10Gbps以上の高周波電気信号が入力され、前記中心導体の他端側から前記高周波電気信号が出力され、前記基板の表面と裏面との間に導通のためのビアを複数有する高周波接続配線基板において、環境温度変化により前記複数のビア間でクラックが発生しないよう、前記ビアを形成すべき位置における前記接地導体の表面積に応じた所定の直径で各ビアが形成され、前記複数のビアは複数種類の直径から構成されることを特徴としている。
【0013】
上記課題を解決するために、本発明の請求項2に記載の高周波接続配線基板は、請求項1に記載の高周波接続配線基板において、前記ビアの複数種類の直径は、10μm以上2mm以下からなることを特徴としている。
【0014】
上記課題を解決するために、本発明の請求項3に記載の光変調器モジュールは、光変調器チップを備え、請求項1または2に記載の高周波接続配線基板を介して前記高周波電気信号が前記光変調器チップに入力されることを特徴としている。
【発明の効果】
【0015】
本発明の高周波接続配線基板では、直径の異なるビアを組み合わせて用いる。つまり、面積的に広い箇所では直径の大きなビアを用い、面積的に狭い箇所では直径が小さなビアを用いる。その結果、高周波接続配線基板全体としての機械的な強度を保つことができるビア間の距離を確保でき、高周波電気特性を確保しつつ信頼性試験に耐えうる高周波接続配線基板、およびこれを備えた光変調器モジュールを実現できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の実施形態に係わる高周波接続配線基板の概略上面図
【図2】機械的強度の観点から本発明の原理を説明する図
【図3】光変調器モジュールの概略構成を示す上面図
【図4】従来の高周波接続配線基板の問題点を説明する図
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、図3と図4に示した従来技術と同一の符号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一の符号を持つ機能部の説明を省略する。光変調器モジュールとしての態様は図3に示す従来技術の態様と同様である。
【0018】
(実施形態)
本発明による高周波接続配線基板の実施形態の上面図を図1に示す。本実施形態では12a、12b、及び12cの3種類のビアを用いている。また、11a、11b、11c、及び11dは高周波接続配線基板に形成したCPW電極のギャップである。12aは最も直径が小さく、12cは最も直径が大きいビアである。そして、12bはその中間の大きさで構成されている。
【0019】
図2は、図1の一部を拡大した本発明の原理を説明する図である。本発明では接地導体のうち幅と面積が小さい図2のような領域では、直径の小さなビア12aを用いている。図中、Dはビア12aの直径である。ここでは直径Dの小さなビア12aを用いているため、従来技術と比較して中心導体7cを介してのビア9間のギャップGa2を大きくすることができ、高周波電気特性を確保しつつ高周波接続配線基板6の機械的な強度を高めることができる。
【0020】
また、面積的に狭い領域には小さなビアを用いることができるので、ビア以外の面積が増えることになり機械的な強度を高めることができ、またビア間のギャップGa1を小さくできるので、優れた高周波電気特性を実現することも可能となる。さらに、12aのような直径の小さなビアを接地導体のコーナー部にも使用できるので、優れた高周波電気特性を実現することが可能となる。
【0021】
本出願人は実際に、本実施形態について従来技術と同様に−40℃〜80℃のヒートショック試験を500サイクル行った。その結果、試験を行った20個においてクラックが入ったサンプルはなく、本発明の効果を確認できた。
【0022】
なお、ビアの大きさとしては直径10μmから2mm程度の間で組み合わせると有効であることを確認した。
【0023】
(各種実施形態)
高周波接続配線基板を形成する基板として以上において説明したAl基板の他に、ALN、あるいは石英基板でも良いし、半導体基板でも良い。さらに、高周波接続配線基板に形成する電極構成としては構造が対称なCPW電極を用いた構成について説明したが、構造が非対称なCPW電極でも良いし、非対称コプレーナストリップ(ACPS)あるいは対称コプレーナストリップ(CPS)など、その他の構成でも良い。
【産業上の利用可能性】
【0024】
以上のように、本発明により高周波電気特性を確保しつつ、環境温度の変化に対して機械的に強く、信頼性について大幅に改善され高周波接続配線基板、およびこれを備えた光変調器モジュールを提供できる。
【符号の説明】
【0025】
1:z−カットLN基板(LN基板)
2:SiOバッファ層
3:マッハツェンダ光導波路(光導波路)
3a、3b、3c、3d:相互作用光導波路
4:進行波電極(電極)
4a、4b、4c、4d:LN光変調器の中心導体
5a、5b:DCバイアス電極
6:高周波接続配線基板
7a、7b、7c、7d:高周波接続配線基板の中心導体
8a、8b、8c、8d、8e:高周波接続配線基板の接地導体
9、12a、12b、12c:ビア
10:ワイヤー
11a、11b、11c、11d:高周波接続配線基板に形成したCPWのギャップ
20:高周波接続配線基板の基板
40:DQPSK光変調器(光変調器チップ)
50:光変調器モジュール

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上に中心導体と接地導体とを有し、前記中心導体の一端側から10Gbps以上の高周波電気信号が入力され、前記中心導体の他端側から前記高周波電気信号が出力され、前記基板の表面と裏面との間に導通のためのビアを複数有する高周波接続配線基板において、
環境温度変化により前記複数のビア間でクラックが発生しないよう、前記ビアを形成すべき位置における前記接地導体の表面積に応じた所定の直径で各ビアが形成され、前記複数のビアは複数種類の直径から構成されることを特徴とする高周波接続配線基板。
【請求項2】
前記ビアの複数種類の直径は、10μm以上2mm以下からなることを特徴とする請求項1に記載の高周波接続配線基板。
【請求項3】
光変調器チップを備え、請求項1または2に記載の高周波接続配線基板を介して前記高周波電気信号が前記光変調器チップに入力されることを特徴とする光変調器モジュール。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2012−156947(P2012−156947A)
【公開日】平成24年8月16日(2012.8.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−16588(P2011−16588)
【出願日】平成23年1月28日(2011.1.28)
【出願人】(000000572)アンリツ株式会社 (838)
【Fターム(参考)】