(57)【要約】      （修正有）【課題】高周波電気特性が優れたパッケージ接続を可能とする光モジュールを提供する。【解決手段】筐体１＿１と、筐体１＿１内の光半導体装置に対して電界を印加する高周波電極１＿２と、光半導体装置と高周波線路端２＿２を介して電気的に接続されるフレキシブル基板２＿１とを備え、高周波線路端２＿２が設けられるフレキシブル基板２＿１の裏面上の領域２＿３は、高周波電極２＿１と高周波線路端２＿２とが予めインピーダンス整合するように、金属材の密度が、グランド面２＿５の金属材の密度よりも小さく設定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光半導体装置を覆う筐体と、
前記筐体内の前記光半導体装置に対して電界を印加する高周波電極と、
前記高周波電極と電気的に接続される高周波線路端を第１面に有し、前記筐体内の前記光半導体装置と前記高周波線路端を介して電気的に接続されるフレキシブル基板とを含み、
前記フレキシブル基板の前記第１面に高周波線路を有し、当該フレキシブル基板の第２面に金属材により形成された金属膜を有し、
前記高周波線路端が設けられる前記フレキシブル基板の第１面上の領域に対応した第２面上の領域は、前記高周波電極と前記高周波線路端とが予めインピーダンス整合するように、前記金属材の密度が、他の第２面領域において金属膜が形成される金属材の密度よりも小さく設定される
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記高周波線路は、底面にグラウンド金属面を備えたマイクロストリップ構造、底面にグラウンド金属面を備えたグランデッドコプレーナ構造、または、コプレーナ構造で形成されることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記高周波線路には、直列接続されたＤＣブロックキャパシタを有する請求項１または２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記高周波電極の特性インピーダンスが、前記高周波線路端の特性インピーダンスよりも大きくなるように設定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記フレキシブル基板は、前記高周波電極に向けて移動させることで、前記高周波線路端を介して前記筐体と接続されるように構成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、光半導体装置を覆う筐体が可撓性を有するフレキシブル基板と接続された光モジュールに関する。
【０００２】
フレキシブル基板を用いて電子部品を有するパッケージと接続することが一般に行われる。例えば特許文献１では、底面が四角形状を備えるセラミック材料で構成されたパッケージと、フレキシブル基板とを備え、このパッケージがフレキシブル基板で電気接続されたＲＦパッケージとしての光半導体装置が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２では、底面が円形形状を備える金属材料で構成されたキャンパッケージと、フレキシブル基板とを備え、このキャンパッケージがフレキシブル基板で電気接続された小型ＲＦパッケージが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−５６３６号公報
【特許文献２】特開２００５−２８６３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されたパッケージでは、パッケージとフレキシブル基板との電気接続における特性インピーダンス整合が行えないという問題があった。
【０００６】
特許文献２に開示された光半導体装置では、図７に示すように、キャンパッケージ１００に備えられた高周波電極がキャンパッケージ特有のリードピン１０１となっており、電気伝送路を備えたフレキシブル基板１０４に垂直貫通することにより電気的接続が行われている。貫通した際においては、フレキシブル基板１０４の裏面側にわずかながらリードピン１０１が突出する構造を備える。この突出構造がいわゆるスタブ構造と等価となり、電気的な反射を発生させる要因となっている。図７では、上述の貫通領域近傍に挿入された抵抗器１０２により、通過特性においてＧＨｚピッチのピーキングが低減できるようになっている。しかしながら、信号品質が回復できるとしても、全周波数に対して電気的なエネルギーが抑制され、フレキシブル基板における線路での伝送損失を考慮すると、フレキシブル基板の次段に備えられる電気増幅器等への負担は小さくすることができないという問題がった。
【０００７】
そこで本発明は、高周波電気特性が優れたパッケージ接続を可能とする光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明は、前記筐体内の前記光半導体装置に対して電界を印加する高周波電極と、前記高周波電極と電気的に接続される高周波線路端を第１面に有し、前記筐体内の前記光半導体装置と前記高周波線路端を介して電気的に接続されるフレキシブル基板とを含み、前記フレキシブル基板の前記第１面に高周波線路を有し、当該フレキシブル基板の第２面に金属材により形成された金属膜を有し、前記高周波線路端が設けられる前記フレキシブル基板の第１面上の領域に対応した第２面上の領域は、前記高周波電極と前記高周波線路端とが予めインピーダンス整合するように、前記金属材の密度が、他の第２面領域において金属膜が形成される金属材の密度よりも小さく設定される。
【０００９】
前記高周波線路は、底面にグラウンド金属面を備えたマイクロストリップ構造、底面にグラウンド金属面を備えたグランデッドコプレーナ構造、または、コプレーナ構造で形成されるようにしてもよい。
【００１０】
前記高周波線路には、直列接続されたＤＣブロックキャパシタを有するようにしてもよい。
【００１１】
前記高周波電極の特性インピーダンスが、前記高周波線路端の特性インピーダンスよりも大きくなるように設定されるようにしてもよい。
【００１２】
前記フレキシブル基板は、前記高周波電極に向けて移動させることで、前記高周波線路端を介して前記筐体と接続されるように構成されるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高周波電気特性が優れた光ユニットのパッケージ接続を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態における光モジュールの構成例を示す側面図である。
【図２】光モジュールで実現される筐体の底面の構成例を示す図である。
【図３】光モジュールで実現されるフレキシブル基板の主面の構成例を示す図である。
【図４】第２実施形態の光モジュールにおいて、高周波線路端が設けられたフレキシブル基板の主面領域に対応する裏面領域において、金属密度が小さくするためのパターンの例を示す図である。
【図５】第３実施形態の光モジュールにおいて、抵抗器およびキャパシタの配置例を示す図である。
【図６】第３実施形態の光モジュールにおいて、フレキシブル基板の裏面の金属薄膜を剥離した例を示す図である。
【図７】従来の光半導体装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の光モジュールの第１実施形態について説明する。実施形態に係る光モジュールは、光半導体装置が可撓性を有するフレキシブル基板と接続され、高周波信号を送受信するための装置である。
【００１６】
[光モジュールの構成]
本発明の第１実施形態における光モジュールについて図１〜図３を参照して説明する。図１は、本実施形態における光モジュールの構成例を説明するための側面図である。
【００１７】
図１に示す光モジュールは、光半導体装置の筐体１＿１と、フレキシブル基板２＿１と、ボード基板３＿１とを備える。
【００１８】
筐体１＿１の内部には、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）アレイ１＿５と、フォトダイオードアレイ１＿６とを有し、各アレイ１＿５，１＿６がワイヤーボンディング１＿７によって電気的に接続されている。なお、各アレイ１＿５，１＿６は、筐体１＿１内に電気線路を備えておき、この電気線路を介して対向させてフェースダウンしてフリップチップ実装するようにしてもよい。
【００１９】
筐体１＿１の上部には、透明窓１＿１０としての例えばサファイヤ窓やシリカガラス窓が、半田１＿９により固着される。この半田１＿９および透明窓１＿１０によって、筐体１＿１内は気密封止される。なお、本実施形態の光モジュールをマイクロ波受信器等に適用する場合は、透明窓１＿１０は、マイクロ波帯域で通過特性を備えた材料で構成される光学的な透明窓とすることもできる。
【００２０】
電気線路１＿４は、ＴＩＡアレイ１＿５とワイヤーボンディング１＿８を介して接続され、ＴＩＡアレイ１＿５は、ワイヤーボンディング１＿７を介してフォトダイオードアレイ１＿６と接続される。
【００２１】
筐体１＿１の底面には貫通電極１＿３が貫通する状態で形成され、貫通電極１＿３は高周波電極１＿２と接続される。この貫通電極１＿３によって、電気線路１＿４は、筐体１＿１の裏面に形成された高周波電極１＿２と電気的に接続される。ここで、高周波電極１＿２の特性インピーダンスをＺ０とする。
【００２２】
フォトダイオードアレイ１＿６は、筐体１＿１の底面で貫通電極１＿１２と接続される。この貫通電極１＿１２は、筐体１＿１の底面を貫通する状態で形成され、電極１＿１１と電気的に接続される。電極１＿１１は、例えばＤＣ電極やグランド電極を含み、貫通電極１−１２を介して、筐体１＿１内部の半導体素子としてのフォトダイオードアレイ１＿６と接続される。
【００２３】
フレキシブル基板２＿１の主面（第１面）には、２つの高周波線路端２＿２，２＿６が形成され、高周波線路端２＿２，２＿６の間において、高周波信号（ＲＦ信号）を伝送する高周波線路２＿４が形成される。ここで、高周波線路端２＿２の特性インピーダンスをＺ１，高周波線路端２＿６の特性インピーダンスをＺ２とする。
【００２４】
なお、フレキシブル基板２＿１は、高周波電極１＿２に向けて移動させることで、高周波線路端２＿２を介して筐体１＿１と接続されるように構成される。
【００２５】
高周波線路端２＿２は、半田等の導電材４を介して、高周波電極１＿２と電気的に接続される。なお、導電材４としては、例えば、混晶ハンダ、金属スタッドバンプ、導電性接着剤等がある。
【００２６】
本実施形態の金属膜被覆２＿１１，２＿１２は、低損失材料で形成される。これは、フレキシブル基板２＿１が曲げられた場合において、応力が特定の部分に集中してフレキシブル基板２＿１が破断するのを回避するためである。
【００２７】
フレキシブル基板２＿１の裏面（第２面）には、金属薄膜（金属膜）により形成されたグランド面２＿５が形成される。
【００２８】
グランド面２＿５のうち、フレキシブル基板２＿１の裏面上の領域２＿３，２＿７は、高周波電極端２＿２を有する領域に相当し、本実施形態では、各領域２＿３，２＿７は、例えば、金属薄膜が剥離された状態となっている。すなわち、領域２＿３，２＿７の金属材の密度は、他のグランド面２＿５領域における金属材の密度よりも小さく設定される。
【００２９】
一般に、筐体１＿１とフレキシブル基板２＿１との接続点において、インピーダンス整合が行えていないと、ＲＦ信号に大きな反射が生じる。
【００３０】
この観点から、本実施形態の光モジュールにおいて、高周波電極１＿２と高周波線路端２＿２との接続点では、前述のフレキシブル基板２＿１裏面の領域２＿３の金属材の密度は、他のグランド面２＿５領域における金属材の密度よりも小さく設定される。この場合には、高周波電極１＿２の特性インピーダンスが、高周波電極端２＿２の特性インピーダンスよりも大きくなる、すなわち、Ｚ０＞Ｚ１となるようにする。これにより、高周波電極１＿２と高周波線路端２＿２とのインピーダンス整合が行え、結果として、筐体１＿１とフレキシブル基板２＿１との接続点である高周波線路端２＿２においてＲＦ信号に反射が生じない。
【００３１】
また、本実施形態では、フレキシブル基板２＿１とボード基板３＿１との接続点においても、インピーダンス整合を行うような構成を採用する。すなわち、ボード基板３＿１の高周波電極３＿２とフレキシブル基板２＿１の高周波線路端２＿６との接続点において、前述のフレキシブル基板２＿１裏面の領域２＿７の金属材の密度は、他のグランド面２＿５領域における金属材の密度よりも小さく設定される。この場合には、高周波電極３＿２の特性インピーダンスが、高周波電極端２＿６の特性インピーダンスよりも大きくなる。これは、高周波線路端２＿６の特性インピーダンスをＺ３、高周波電極３＿２の特性インピーダンスをＺ４とすると、Ｚ４＞Ｚ３で表すことができる。
【００３２】
本実施形態の光モジュールでは、筐体１＿１とフレキシブル基板２＿１とボード基板３＿１とがすべて接続されたときに、高周波線路端における接続点において特性インピーダンスがＺ０となるようにしてある。
【００３３】
ボード基板３＿１の主面には、高周波線路端３＿２が形成され、高周波線路端３＿２の一端には高周波信号（ＲＦ信号）を伝送する高周波線路３＿３が形成される。高周波線路端３＿２は、半田等の導電材４を介して、フレキシブル基板２＿１の高周波電極端２＿６と電気的に接続される。これにより、フレキシブル基板２＿１とボード基板３＿１との間でＲＦ信号が伝送される。
【００３４】
図２は、光モジュールで実現される筐体１＿１の底面の構成例を示す図である。
【００３５】
図２に示すように、筐体１＿１の底面には、２つの高周波電極１＿２と、ＤＣ線路またはグランド線路の端子２＿９と、６つの電極１＿１１とが配置される。
【００３６】
図３は、光モジュールで実現されるフレキシブル基板２＿１の主面の構成例を示す図である。
【００３７】
図３に示すように、フレキシブル基板２＿１の主面には、２つの高周波線路端２＿２と２つの高周波線路端２＿６とを備え、各高周波線路端２＿２，２＿６間においてそれぞれ高周波線路２＿４が形成されている。
【００３８】
また、ＤＣ線路またはグランド線路の端子２＿８，２＿９が配置され、各端子２＿８，２＿９間においてそれぞれＤＣ線路またはグランド線路が形成されている。
【００３９】
６つのグランド端２＿１３，２＿１４は、全部で６つ設けられている。
【００４０】
[光モジュールの動作]
次に、光モジュールの動作について再度図１〜３を参照して説明する。
【００４１】
この光モジュールでは光電気変換、あるいは電気光変換の機能を備えており、光半導体装置を駆動する電源回路や制御回路をＤＣ線路の端子２＿８，２＿９に接続し、透明窓１＿１０を通して入力される光信号が、高周波電極１＿２から高周波電気信号が出力され、またその逆に、高周波電極１＿２に入力される高周波電気信号が透明窓１＿１０を通して光信号が出力される。
【００４２】
この場合、光半導体装置では、フレキシブル基板２＿１の高周波線路２＿４に高周波電気信号が流れるが、前述の特性インピーダンスの整合が予め行えているので、筐体１＿１に備えた高周波電極１＿２の特性インピーダンスをあらかじめ高くすることで、筐体１＿１とフレキシブル基板２＿１との半田等の導電材４を含む接続点（この実施形態では、高周波線路端２＿２付近）での特性インピーダンスの不連続を抑制させ、高周波電気信号の反射を抑えることができる。したがって、高周波電気特性が優れたパッケージ接続を行うことができる。
【００４３】
特性インピーダンスは、インダクタンスをキャパシタンスで割った量の√で表現される。よって、高周波線路における接続点の特性インピーダンスは、接続点のキャパシタンスが小さくなれば大きくなるため、本実施形態では、高周波線路の接続点（筐体１＿１とフレキシブル基板２＿１との接続点）におけるフレキシブル基板２＿１のキャパシタンスを小さくするため、フレキシブル基板２＿１の裏面の領域２＿３の金属膜を剥離している。また、高周波線路におけるボード基板３＿１とフレキシブル基板２＿１との接続点のキャパシタンスを小さくするため、フレキシブル基板２＿１の裏面の領域２＿７の金属薄膜も剥離している。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態の光ユニットによれば、筐体１＿１とフレキシブル基板２＿１とのインピーダンス整合を行うことができるので、高周波電気特性が優れた光ユニットのパッケージ接続を行うことができる。さらに、ボード基板３＿１とフレキシブル基板２＿１とのインピーダンス整合を行うこともできるので、高周波電気特性がさらに優れた光ユニットのパッケージ接続を行うことができる。
【００４５】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態の光ユニットについて図４を参照して説明する。
【００４６】
本実施形態の光ユニットが第１実施形態と異なるのは、金属薄膜を剥離した状態としたフレキシブル基板２＿１裏面の領域２＿３，２＿７のみである。本実施形態におけるフレキシブル基板２＿１裏面の領域２＿３，２＿７は、他のグランド面２＿５領域における金属材の密度よりも小さく設定しつつ、上述の剥離状態とは異なる所定のパターンを形成するようにしている。
【００４７】
図４は、第２実施形態において、フレキシブル基板２＿１の裏面領域において、金属密度が小さくするためのパターンの例を示す図であって、（ａ）は四角格子状、（ｂ）は三角格子状、（ｃ）はワイヤ状、（ｄ）はメッシュ状のパターンを示す。図４の例では、パターン中の金属材の密度が、フレキシブル基板２＿１のグランド面２＿５の金属材の密度に対して、例えば１０％〜９５％になるように形成している。
【００４８】
例えば図４（ａ）では、４つの四角格子状パターン２＿３＿１，２＿７＿１は、フレキシブル基板２＿１の裏面領域２＿３，２＿７に対応して形成された例を示している。この場合、各四角格子状パターン２＿３＿１，２＿７＿１は、金属薄膜を有していないことを示し、それ以外のグランド面２＿５部分は金属薄膜を有していることを示している。
【００４９】
図４（ｂ）では、４つの三角格子状パターン２＿３＿２，２＿７＿２は、フレキシブル基板２＿１の裏面領域２＿３，２＿７に対応して形成された例を示している。この場合、各三角格子状パターン２＿３＿２，２＿７＿２は、金属薄膜を有していないことを示し、それ以外のグランド面２＿５部分は金属薄膜を有していることを示している。
【００５０】
図４（ｃ）では、４つのワイヤ状パターン２＿３＿３，２＿７＿３は、フレキシブル基板２＿１の裏面領域２＿３，２＿７に対応して形成された例を示している。この場合、各ワイヤ状パターン２＿３＿３，２＿７＿３は、金属薄膜を有していないことを示し、それ以外のグランド面２＿５部分は金属薄膜を有していることを示している。
【００５１】
図４（ｄ）では、４つのメッシュ状パターン２＿３＿４，２＿７＿４は、フレキシブル基板２＿１の裏面領域２＿３，２＿７に対応して形成された例を示している。この場合、各メッシュ状パターン２＿３＿４，２＿７＿４は、金属薄膜を有していないことを示し、それ以外のグランド面２＿５部分は金属薄膜を有していることを示している。
【００５２】
このような構成によっても、前述のインピーダンス整合を行うことができるので、高周波電気特性が優れた光ユニットのパッケージ接続を行うことができる。
【００５３】
なお、図４では４つのパターンについて説明したが、パターン中の金属材の密度が、フレキシブル基板２＿１のグランド面２＿５の金属材の密度に対して、例えば１０％〜９５％になるように形成してもよい。
【００５４】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態の光ユニットについて図５〜図６を参照して説明する。
【００５５】
本実施形態の光ユニットが第１実施形態および第２実施形態と異なるのは、図３に示したフレキシブル基板２＿１の主面においてさらに、ダンピング抵抗器２＿１４およびＤＣブロックキャパシタ２＿１５を備えるようにしている。
【００５６】
図５は、第３実施形態の光モジュールにおいて、ダンピング抵抗器２＿１４およびＤＣブロックキャパシタ２＿１５の配置例を示す図である。図６は、第３実施形態の光モジュールにおいて、フレキシブル基板２＿１の裏面の金属薄膜を剥離した例を示す図である。
【００５７】
図５に示すように、フレキシブル基板２＿１の主面には、４つのパスコンキャパシタ２＿１４、４つのダンピング抵抗器２＿１４、および、２つのＤＣブロックキャパシタ２＿１５が設けられる。各ＤＣブロックキャパシタ２＿１５は、高周波線路２＿４と直列接続されている。
【００５８】
一般に、ＤＣブロックキャパシタ２＿１５が設けられる場合には、高周波線路幅とＤＣブロックキャパシタ電極幅とが異なるので、高周波線路幅を、ＤＣブロックキャパシタ電極幅に合わせるために拡大して高周波線路とＤＣブロックキャパシタ電極とを接続する。この観点から、図５の例においても、高周波線路幅を拡大して高周波線路とＤＣブロックキャパシタ電極とが接続されている。
【００５９】
この場合、ＤＣブロックキャパシタ２＿１５が固定配置され、かつ、高周波線路側の接続点における導電材４の体積が高周波線路で使用される金属薄膜の体積を容易に超えてしまう。
【００６０】
この観点から、高周波線路側の接続点において特性インピーダンスの整合を行う必要がある。しかし、本実施形態では、そのような整合を回避するために、第１実施形態および第２実施形態で説明した手法と同様に、フレキシブル基板２＿１の裏面に、図６に示すような金属薄膜を剥離したエッチング部２＿１６を形成している。すなわち、上述の接続点付近（例えば、接続領域の真下）におけるグランド面２＿５での金属面密度を抑制している。
【００６１】
なお、エッチング部２＿１６は、図４に示した幾何学的な形状パターンを形成するようにしてもよい。
【００６２】
以上、各実施形態を詳述してきたが、具体的な構成は実施形態に限られるものではなく、設計変更や、他のシステムへの適用なども含まれる。例えば、フレキシブル基板表面に備えられた高周波線路２＿４は、マイクロストリップ線路として説明したが、これに限られず、例えば、コプレーナ線路、グランデッドコプレーナ線路、結合型コプレーナ線路であっても、適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１＿１  筐体
１＿２  高周波電極
１＿３，１＿１２  貫通電極
２＿１  フレキシブル基板
２＿２，２＿６，３＿３  高周波線路端
２＿３，２＿７  高周波線路端の主面上の領域に対応した裏面上の領域
３＿１    ボード基板
【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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【図６】
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【図７】
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