(57)【要約】【課題】  小型化された光変調器モジュールにおいてチップキャリア、パッケージ、高周波基板の寸法公差と組立公差を厳しめることなく良好な光出力波形を得る。【解決手段】  チップキャリア伝送線路１０とパッケージ基板伝送線路１２を接続する高周波基板伝送線路１１を形成した高周波基板を、各伝送線路の距離を短縮するようにパッケージ４に対して傾けて搭載する。これによって、伝送線路を接続するワイヤ１３、１４の長さを短縮でき、光変調器モジュールの周波数特性を改善できる。【選択図】  図１
2006215440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号に基づいて光の変調を行う光変調器と、この光変調器を搭載し第１の伝送線路を形成されたチップキャリアと、パッケージに接続され第２の伝送線路を形成されたパッケージ基板と、前記チップキャリアと前記パッケージ基板との間に配置され前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路と接続される第３の伝送線路を形成された高周波基板とからなる光変調器モジュールであって、
前記第１の伝送線路の入力端のｘｙ座標と、前記第２の伝送線路の出力端のｘｙ座標とは、それぞれ異なり、
前記高周波基板は、前記チップキャリアと前記パッケージ基板との間隙に、光軸に対して角度をなして配置され、前記第１の伝送線路と前記第３の伝送線路と、前記第２の伝送線路と前記第３の伝送線路とのいずれか一つの接続は、ワイヤボンディングでなされていることを特徴とする光変調器モジュール。
【請求項２】
電気信号に基づいて光の変調を行う光変調器と、この光変調器を搭載し第１の伝送線路を形成されたチップキャリアと、パッケージに接続され第２の伝送線路を形成されたパッケージ基板と、前記チップキャリアと前記パッケージ基板との間に配置され前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路と接続される第３の伝送線路を形成された高周波基板とからなる光変調器モジュールであって、
前記第１の伝送線路の入力端のｘｙ座標と、前記第２の伝送線路の出力端のｘｙ座標とは、それぞれ異なり、
前記高周波基板は、前記チップキャリアと前記パッケージ基板との間隙に、前記第１の伝送線路の入力端と前記第３の伝送線路の出力端との間隔と、前記第３の伝送線路の入力端と前記第２の伝送線路の出力端との間隔とを、近づけるように平面内で回転して配置され、前記第１の伝送線路と前記第３の伝送線路と、前記第２の伝送線路と前記第３の伝送線路とのいずれか一つの接続は、ワイヤボンディングでなされていることを特徴とする光変調器モジュール。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光変調器モジュールであって、
前記第１の伝送線路と前記第３の伝送線路と、前記第２の伝送線路と前記第３の伝送線路とは、ボンディングワイヤでなされていることを特徴とする光変調器モジュール。
【請求項４】
電気信号に基づいて光の変調を行う光変調器と、この光変調器を搭載し第１の伝送線路を形成されたチップキャリアと、パッケージに接続され第２の伝送線路を形成されたパッケージ基板と、前記チップキャリアと前記パッケージ基板との間に配置され前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路と接続される第３の伝送線路を形成された高周波基板とからなる光変調器モジュールであって、
前記第１の伝送線路の入力端のｘｙ座標と、前記第２の伝送線路の出力端のｘｙ座標とは、それぞれ異なり、
前記高周波基板は、矩形の外形を有してその一角の近傍を前記チップキャリアまたは前記パッケージ基板に突き当て、前記一角の対角を前記パッケージ基板または前記チップキャリアに近づけて配置され、
前記第１の伝送線路と前記第３の伝送線路との接続、または前記第２の伝送線路と前記第３の伝送線路との接続は、ワイヤボンディングでなされていることを特徴とする光変調器モジュール。
【請求項５】
請求項４に記載の光変調器モジュールであって、
前記高周波基板と前記チップキャリアとの距離の最小値は５０μｍ以下であり、前記高周波基板と前記パッケージ基板との距離の最小値は５０μｍを超えていることを特徴とする光変調器モジュール。
【請求項６】
請求項４に記載の光変調器モジュールであって、
前記高周波基板と前記チップキャリアとの距離の最小値は５０μｍを超え、前記高周波基板と前記パッケージ基板との距離の最小値は５０μｍ以下であることを特徴とする光変調器モジュール。
【請求項７】
請求項４に記載の光変調器モジュールであって、
前記高周波基板の、前記一角および前記対角の少なくとも一つに、４度以上の角度の面取り加工がなされていることを特徴とする光変調器モジュール。
【請求項８】
請求項４に記載の光変調器モジュールであって、
前記高周波基板が突き当てられた前記チップキャリアまたは前記パッケージ基板の被突き当て部近傍に、前記高周波基板に対する逃げが形成されていることを特徴とする光変調器モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光変調器モジュールに関し、特に光通信用送信機に用いられる光変調器モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光変調器モジュールは、その小型化が求められている。特許文献１では、高周波での駆動において良好な周波数特性を得ることができる伝送線路の屈曲方法を提供して、内部配置の自由度を得ることにより高密度実装を実現している。
【０００３】
特許文献１では、その図６に示されているようにパッケージ２８内にチップキャリア２４と高周波基板２９とレンズ２２が搭載される。チップキャリア２４上には電界吸収型光変調器集積型レーザダイオード２１が搭載される。電界吸収型光変調器集積型レーザダイオード２１はレンズ２２を介して光ファイバ２３に光結合されている。チップキャリア２４と高周波基板２９はそれぞれチップキャリア伝送線路２５と高周波基板伝送線路２７を有し、それぞれの伝送線路はワイヤ３１で接続されている。またパッケージ基板もパッケージ基板伝送線路２６を有し、パッケージ基板伝送線路２６と高周波基板伝送線路２７はワイヤ３２で接続されている。また、一般的にはフォトダイオード用マウントに搭載されたフォトダイオードがチップキャリア２４の後方（ファイバ反対側）に設けられる。
【０００４】
特許文献１の光変調器モジュールでは、チップキャリア伝送線路２５とパッケージ基板伝送線路２６とが直線状に配置されない場合に、高周波基板伝送線路２７を、周波数特性を劣化させることなく屈曲させることにより、良好な光出力波形を得ると共に、実装の高密度化を実現している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３１８６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光変調器モジュールの小型化のためには、配置の自由度を確保すると共に、部品寸法の縮小が重要となる。この部品寸法の縮小を進めた場合、次の理由によりワイヤのインダクタンス成分が大きくなる課題が生じた。信号伝送線路の幅が２００μｍ以上の場合、リボンワイヤによる接続、または複数のワイヤの接続によりワイヤのインダクタンスを低減する手段がある。しかしながら、さらなる小型化のために、基板を薄くし、伝送線路幅を縮小した場合、リボンワイヤの使用が難しくなり、複数本のワイヤ設置も困難となる。つまり、１本のワイヤで接続するしかなくなる。これによりインダクタンス成分が増加し、伝送線路の伝送帯域の減少を引き起こし、光変調器モジュールの光出力波形の歪みが生じた。
【０００７】
この課題を解決するには、部品の寸法精度と組立精度を高めてワイヤ接続の距離を縮小することが効果的である。しかし、この改善策は、部品価格の高騰を招く。
【０００８】
本発明は、かかる問題を解決するためになされ、光変調器モジュールにおいて良好な光出力波形を確保するために構成部品の寸法公差を厳しくする必要がなく、コスト低減に好適な光変調器モジュールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、前記高周波基板を、前記チップキャリアと前記パッケージ基板との間隙に、光軸に対して角度をなして配置することによって、達成できる。
【発明の効果】
【００１０】
上記手段によれば、高密度に実装された光変調器モジュールにおいて、伝送線路構成部品の寸法公差を厳しめることなく良好な光出力波形を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下本発明の実施の形態について、いくつかの実施例を用いて図面を参照しながら説明する。各実施例において、等価な構成要素には同じ符号を振り、後の実施例では説明を省く。
【実施例１】
【００１２】
本発明の実施の形態である光変調器モジュールについて、その実施例１を図１を用いて説明する。ここで、図１は、光変調器集積レーザダイオードモジュールの平面図である。
【００１３】
図１において、光変調器集積レーザダイオードモジュール１００は、９本の入力ピン２５を形成したパッケージ４に、光ファイバ６を接続した光ファイバフォルダ７を取り付けた外形を有する。なお、パッケージ４内には、ピン２５の１本と接続されたパッケージ基板伝送線路１２を形成されたパッケージ基板５が、形成されている。
【００１４】
光変調器集積レーザダイオードモジュール１００の組立では、光変調器集積レーザダイオード２を搭載したチップキャリア１と、レンズ８とを、パッケージに実装し、レーザダイオード２を発光させて、光ファイバ６に入射する光が最大となるよう光ファイバ６を調芯して、パッケージに固定する。なお、チップキャリア１には、ビアホールとチップキャリア伝送線路１０が形成されており、レーザダイオード２の裏面とビアホールとが接続され、光変調器とレーザダイオードとの共通グランドとなっている。光変調器集積レーザダイオード２の変調器の図示しない信号入力部は、図示しないボンディングワイヤで、チップキャリア伝送線路１０と接続される。フォトダイオード用マウント２６に搭載されたフォトダイオード２７は、レーザダイオード２の後方出力光をモニタする。
【００１５】
パッケージ基板伝送線路１２と、チップキャリア伝送線路１０との間には、２つの屈曲部を有する高周波基板伝送線路１１を形成した長方形の高周波基板３が、その長辺を光軸方向（ｘ方向）から４度程度反時計回りに傾けられて取り付けられる。パッケージ基板伝送線路１２と高周波基板伝送線路１１とは、金ワイヤ１４で接続され、チップキャリア伝送線路１０と高周波基板伝送線路１１とは、金ワイヤ１３で接続される。なお、パッケージ基板伝送線路１２、高周波基板伝送線路１１、チップキャリア伝送線路１０の裏面は、接地されている。また、各伝送線路の特性インピーダンスは５０Ω（ohm）であり、パターン幅１００μｍ（micrometer）である。符号２４は、金ワイヤのファーストボンディング側の金ボールである。金ワイヤの径は２５μｍであり、ボンディング後の金ボールの直径は、パターン幅と同じ１００μｍである。
【００１６】
光変調器集積レーザダイオードモジュール１００は、図示しない信号源からの電気信号（変調信号）に基づいて、連続発光されたレーザダイオードの出力光を光変調器が変調することによって、光信号を送出する。上述した各伝送線路は、この電気信号を光変調器に伝送する。
【００１７】
高周波基板３に形成された高周波伝送線路１１は、高周波基板３の一角付近から短辺に平行に立ち上がり、長辺に平行に直角に屈曲した後、再度短辺に平行に屈曲して、一角の対角付近まで形成されている。高周波基板３は、正方形であっても構わない。長方形と正方形との上位概念として、矩形を用いる。また、高周波伝送線路に外形に対して斜めの部分があっても良い。高周波基板伝送線路１１のパッケージ伝送線路１２との接続部を出力端、チップキャリア伝送線路１０との接続部を入力端と呼ぶ。同様に、パッケージ基板伝送線路１２の高周波基板伝送線路１１との接続部を入力端、チップキャリア伝送線路１０の高周波基板伝送線路１１との接続部を出力端と呼ぶ。高周波基板３は、その幅を、パッケージ基板の取り付け位置公差とチップキャリアの組み立て公差とを考慮して、パッケージ基板とチップキャリアとの最小距離より小さくする必要がある。このため、ノミナル寸法ではチップキャリアとの間隔、パッケージ基板との間隔が、それぞれ２００μｍである。この間隔を少なくするために、光軸に対して傾けることによって、ｙ座標が近くなる。このときｘ方向もずれるが、無視できるほど小さい。光軸に対して傾けることは、光軸に対して角度を持って配置されることでもある。この場合、角度には０度（すなわち平行）を含まない。
【００１８】
高周波基板３を、一般的に表現すれば、高周波基板伝送路１１の入力端１１ａのｘｙ座標と出力端１１ｂのｘｙ座標とが、それぞれ（ｘ座標、ｙ座標）異なる基板となる。別の言葉で表現すれば、パッケージ基板伝送線路１２の出力端１２ｂのｘｙ座標と、チップキャリア伝送線路１０の入力端１０ａのｘｙ座標とが、それぞれ（ｘ座標、ｙ座標）異なる配置である。
【００１９】
高周波基板３は、その反時計回りの回転でチップキャリア１と突き当てられ、パッケージ基板５とは、突き当てられずに固定されている。高周波基板３が、パッケージ基板５とは、突き当てられていないのは、パッケージ４の熱膨張の影響を受けないためである。なお、本明細書において、突き当てられているとは、伝送基板の表面で測定して、二つの伝送基板の最小間隔が５０μｍ以下であることである。逆に、突き当てられていないのは、二つの伝送基板の最小間隔が５０μｍ超であることである。二つの伝送基板の最小間隔は、顕微鏡に取り付けたマイクロメータで測定する。
【００２０】
本実施例では、長方形の高周波基板３が、パッケージの側面に対して傾けられて取り付けられるので、線路間の距離が短くなり、ボンディングワイヤを短くでき、特性に優れた変調器モジュールを得ることができる。なお、具体的な改善内容については、実施例２で説明する。
【００２１】
上述した実施例では、光変調器集積レーザダイオードモジュールを用いて説明したが、レーザダイオードの無い光変調器モジュールでも、まったく同様の効果を得ることができる。これは、以下の実施例でも共通である。なお、光変調器集積レーザダイオードモジュールは、変調器を含んでいるので光変調器モジュールである。
【００２２】
また、上述した実施例では、高周波基板３を、チップキャリア１に突き当てているが、逆に、高周波基板３をパッケージ基板５に突き当て、チップキャリア１に突き当てないことも可能である。このように固定することで、パッケージの温度変化による伸張・収縮を突き当てていない側の、ボンディングワイヤで吸収でき、特性が良好でしかも信頼性に富んだ変調器モジュールとすることができる。これは、以下の実施例でも共通である。
【実施例２】
【００２３】
本発明の実施の形態である光変調器モジュールについて、その実施例２を図２ないし図６を用いて説明する。ここで、図２は、光変調器集積レーザダイオードモジュールの平面図である。図３は、高周波基板の平面図である。図４は、光変調器集積レーザダイオードモジュールの伝送線路の等価回路である。図５は、光変調器集積レーザダイオードモジュールの伝送線路の帯域内偏差を説明する図である。そして、図６は、実施例２を変形した電界吸収型光変調器集積型レーザダイオードモジュールの要部平面図である。
【００２４】
図３において、本実施例の高周波基板９は、高周波伝送線路１１の端部近傍の角部に面取り部１９を設ける。面取り部１９を設けることにより、高周波基板９をチップキャリア１側面とパッケージ基板５側面に対して傾けて配置した場合にチップキャリア伝送線路１０と高周波基板伝送線路１１との間のワイヤ長さ、また高周波基板伝送線路１１とパッケージ基板伝送線路１２との間のワイヤ長さを短くすることができる。
【００２５】
図２において、高周波基板９の面取り部１９-１付近側面は、チップキャリア１側面に突き当てられ、パッケージ基板５側面に対して突き当てずに、反時計回りに傾けて配置する。高周波基板９の角部が面取りされていることにより、高周波伝送線路の端部を相対する高周波基板９の高周波伝送線路の端部に近づけることができる。したがって、ワイヤ１５とワイヤ１６の長さは、面取りされない場合に比較して短くなる。ワイヤ１５とワイヤ１６の長さを短くすることにより、伝送帯域の減少を改善できる。
【００２６】
図４および図５を参照して、実施例１および実施例２の効果を説明する。図４は、図１または図２に示す電界吸収型光変調器集積型レーザダイオードモジュールのチップキャリア伝送線路１０からパッケージ基板伝送線路１２までの等価回路である。このモデルはチップキャリア基板伝送線路モデル２０、高周波基板伝送線路モデル２１、パッケージ基板伝送線路モデル２２とワイヤをインダクタンスで表したワイヤモデル２３からなる。
【００２７】
図５は、高周波基板の設置方法をパラメータにした電界吸収型光変調器集積型レーザダイオードモジュールの伝送線路の伝送帯域を、図４に示した等価回路でシミュレーションした結果である。
【００２８】
グラフの横軸は周波数であり、縦軸は帯域内偏差である。帯域内偏差は、周波数１GHzにおける値を基準に算出している。１０Gbit/sで動作する電界吸収型光変調器集積型レーザダイオードモジュールを想定しているため、２０GHzまでの帯域内偏差をシミュレーションしている。図中のＣは、高周波基板の長辺を光軸方向に合わせた配置である。図中のＢは、面取りの無い高周波基板を反時計回りに回転して、チップキャリアに突き当てた配置である。また、図中のＡは、面取りのある高周波基板を反時計回りに回転して、チップキャリアに突き当てた配置である。チップキャリアに突き当てた配置の場合にはワイヤモデル２３のインダクタンスが小さくでなる。
【００２９】
この結果、高周波基板をパッケージ壁面に対して傾けて配置することにより、１０GHzにおける帯域内偏差が−１.５９dBから−０.９９dBへ改善され、面取りのある高周波基板を使用することにより、さらに−０.６０dBまで改善される。このシミュレーションから、電界吸収型光変調器集積型レーザダイオードモジュールの伝送帯域が改善されることは、明らかである。
【００３０】
本実施例に拠れば、高周波基板の角部を面取りすることによって、伝送線路の信号電極幅が狭く、ワイヤの並列化またリボンワイヤの使用が難しい場合に、ワイヤインダクタンスの増加を抑え、電界吸収型光変調器集積型レーザダイオードモジュールの伝送帯域の減少および光出力波形の歪みも抑えることができる。
【００３１】
なお、面取りの角度は、４５度（Ｃ面取り）でなくともよく、４度程度でよい。より好ましくは１０度程度である。また、Ｒ面取りであっても良い。
【００３２】
図６を参照して、実施例２の変形実施例を説明しよう。図２と図６との唯一の差異は、チップキャリア伝送線路１０と高周波基板伝送線路１１との接続を、ボンディングワイヤ１５で実施するか、金ボール２４で実施するかの違いである。
【００３３】
高周波基板１９は高周波基板伝送線路１１付近まで面取りされているので、チップキャリアと突き当てられれば、高周波基板伝送線路１１とチップキャリア伝送線路１０との間隔は５０μｍのオーダである。ワイヤボンディングのファーストボンディングである金ボールを、高周波基板伝送線路１１とチップキャリア伝送線路１０とを跨ぐように打ち、直後にワイヤを切れば金ボール２４が実現できる。金ボールによる接続も、ボンディングワイヤによる接続である。
【００３４】
前述したようにワイヤボンディングのファーストボンディングである金ボール２４は径が１００μｍであり、ファーストボンディング箇所とセカンドボンディング箇所の距離は、ボンディング用キャピラリの外形を無視しても、５０μｍ以上離す必要がある。当然金ワイヤは、ループを描く必要があり、インダクタンスを有する。これに対して金ボールには、ループが無くインダクタンスの低減効果を有する。
本実施例では、チップキャリア伝送線路１０と高周波基板伝送線路１１との接続を金ボールの溶接で、実施しているが、ロウ付け、はんだ付け等でも構わない。この変形実施例は、実施例３にも適用可能である。
【実施例３】
【００３５】
本発明の実施の形態である光変調器モジュールについて、その実施例３を図７ないし図９を用いて説明する。ここで、図７は、光変調器集積レーザダイオードモジュールの要部平面図である。図８は、パッケージ基板の平面図である。そして、図９は、チップキャリア基板の平面図である。
【００３６】
図８に示すパッケージ基板１８は、パッケージ基板伝送線路１２の左側（非光軸方向）の角に面取り部１９が形成されている。また、図９に示すチップキャリア基板１７は、チップキャリア伝送線路１０の右側（光軸方向）の角に面取り部１９が形成されている。これらの、面取り部は、前記高周波基板に対する逃げである。したがって、面取りには限らず、窪みであっても良い。
【００３７】
図７において、チップキャリア伝送路１０とパッケージ基板伝送路１２とを中継して接続する高周波基板伝送路１１を形成された高周波基板３は、チップキャリア１７とパッケージ基板１８の間で反時計回りに回転され、チップキャリア１７に突き当てられ、パッケージ基板１７とは突き当てられずに固定される。高周波基板３には面取り部を設けなくとも、面取り部を有するチップキャリア１７とパッケージ基板１８を用いることによって、面取り部を設けない場合に比べて、チップキャリア伝送線路１０と高周波基板伝送線路１１との間のワイヤ長さを短くすることができる。同様に、高周波伝送線路１１と、パッケージ基板伝送線路１２との間のワイヤ長さを短くすることができる。
【００３８】
本実施例に拠れば、ワイヤ１５およびワイヤ１６の長さを短くすることにより、ワイヤインダクタンスによる伝送帯域の減少を小さく抑えることができ、光変調器集積レーザダイオードモジュールの光出力特性の歪みを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例１の光変調器集積レーザダイオードモジュールの平面図である。
【図２】実施例２の光変調器集積レーザダイオードモジュールの要部平面図である。
【図３】高周波基板の平面図である。
【図４】光変調器集積レーザダイオードモジュールの伝送線路の等価回路である。
【図５】光変調器集積レーザダイオードモジュールの伝送線路の帯域内偏差を説明する図である。
【図６】実施例２を変形した光変調器集積レーザダイオードモジュールの要部平面図である。
【図７】実施例３の光変調器集積レーザダイオードモジュールの要部平面図である。
【図８】パッケージ基板の平面図である。
【図９】チップキャリア基板の平面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…チップキャリア、２…光変調器集積レーザダイオード、３…高周波基板、４…パッケージ、５…パッケージ基板、６…光ファイバ、７…光ファイバホルダ、８…レンズ、９…高周波基板、１０…チップキャリア伝送線路、１１…高周波基板伝送線路、１２…パッケージ基板伝送線路、１３、１４、１５、１６…ワイヤ、１７…チップキャリア、１８…パッケージ基板、１９…面取り部、２０…チップキャリア伝送線路モデル、２１…高周波基板伝送線路モデル、２２…パッケージ基板伝送線路モデル、２３…ワイヤモデル、２４…金ボール、２５…入力ピン、２６…フォトダイオード用マウント、２７…フォトダイオード、１００…光変調器集積レーザダイオードモジュール。
【図１】
2006215440.tif 000003
【図２】
2006215440.tif 000004
【図３】
2006215440.tif 000005
【図４】
2006215440.tif 000006
【図５】
2006215440.tif 000007
【図６】
2006215440.tif 000008
【図７】
2006215440.tif 000009
【図８】
2006215440.tif 000010
【図９】
2006215440.tif 000011