(57)【要約】【課題】光デバイスや電子デバイスとそれらを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コネクタの接合方法、及びこれにより製造した光変調器モジュールを提供する。【解決手段】誘電体または半導体からなる基板と、前記基板上に形成された電極と、前記電極の上方に所定距離離れて配置されたコネクタの芯線とを半田ペレットを用いて接合する、コネクタの芯線の接合方法において、前記半田ペレットは、前記所定距離よりも厚みが薄く形成されるともに、その幅が前記電極の幅よりも広く形成されており、前記所定距離離れた前記電極と前記コネクタの芯線との間に前記半田ペレットを挿入した状態で加熱して、前記半田ペレットを溶融させることにより、当該溶融した半田は前記基板には接合せず、かつ表面張力によって前記電極の上で上方に盛り上がって前記芯線と前記電極とを接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体または半導体からなる基板と、前記基板上に形成された電極と、前記電極の上方に所定距離離れて配置されたコネクタの芯線とを半田ペレットを用いて接合する、コネクタの芯線の接合方法において、
前記半田ペレットは、前記所定距離よりも厚みが薄く形成されるともに、その幅が前記電極の幅よりも広く形成されており、
前記所定距離離れた前記電極と前記コネクタの芯線との間に前記半田ペレットを挿入した状態で加熱して、前記半田ペレットを溶融させることにより、当該溶融した半田は前記基板には接合せず、かつ表面張力によって前記電極の上で上方に盛り上がって前記芯線と前記電極とを接合することを特徴とするコネクタの芯線の接合方法。
【請求項２】
前記半田ペレットと前記コネクタの芯線との間に半田フラックスを塗布した状態で前記加熱することを特徴とする請求項１に記載のコネクタの芯線の接合方法。
【請求項３】
前記半田ペレットと前記コネクタの芯線との間に半田ペーストを塗布した状態で前記加熱して、前記半田ペレットと前記半田ペーストとを溶融させることを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載のコネクタの芯線の接合方法。
【請求項４】
前記芯線の先端部の断面積が該先端部以外の断面積よりも小さいことを特徴とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコネクタの芯線の接合方法。
【請求項５】
筐体と、該筐体の内部に配置され、その上面に電極が形成された基板と、前記筐体に取り付けられたコネクタとを備えた光変調器モジュールであって、
前記基板上に形成された前記電極と前記コネクタの芯線とが、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコネクタの芯線の接合方法で接合された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を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コネクタの接合方法、及びこれにより製造した光変調器モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
変調信号を取り扱う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（ＬｉＮｂＯ３）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（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２．５Ｇｂｉｔ／ｓ、１０Ｇｂｉｔ／ｓ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４０Ｇｂｉｔ／ｓ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光変調器の概略とそれを実際にモジュール化する際に必要となる高周波コネクタの接合方法について説明する。
【０００５】
（従来技術）
図１１に特許文献１に公開された従来技術により製作した光変調器モジュールの模式的な上面図を示す。ここで１はｘ−カットＬＮ基板（構造をわかりやすくするために、ｘ−カット基板としたが、ｚ−カットやｙ−カットなどその他の基板でも良い）、２はｘ−カットＬＮ基板の上に形成されたＳｉＯ２バッファ層、３は金属Ｔｉを例えば１１００℃で１０時間拡散して形成した光導波路、４は中心導体４ａ、接地導体４ｂ、４ｃからなる進行波電極、５はパッケージ筐体（あるいは簡単に筐体）、６は高周波信号を入力するための高周波コネクタ、７は入力用高周波コネクタ６の芯線、８は高周波電気信号を出力するための高周波コネクタ、９は出力用高周波コネクタ８の芯線、１０はＤＣブロック用のコンデンサ、１１は高周波電気信号を発生する高周波電源、１２と１３は電気的終端の中の抵抗とコンデンサ、１４は光変調器としてのＤＣバイアスを決定するためのＤＣ電源である。
【０００６】
この従来技術では高周波電気信号を入力するための、アルミナなどの半導体基板、誘電体基板からなる入力用展開基板１５を設けるとともに、その基板表面に形成した電極（マイクロストリップ線路や非対称コプレーナストリップ線路など各種線路でも良いが、ここでは説明の簡単のためにＣＰＷ線路を想定する）の中心導体１６ａ、接地導体１６ｂ、１６ｃとＣＰＷ進行波電極４の中心導体４ａ、接地導体４ｂ、４ｃを金ワイヤー（あるいは金リボン）１７により電気的に接続している。
【０００７】
また、同様に高周波電気信号を出力するための出力用展開基板１８を設けるとともに、その基板表面に形成した電極の中心導体１９ａ、接地導体１９ｂ、１９ｃとＣＰＷ進行波電極４の中心導体４ａ、接地導体４ｂ、４ｃを金ワイヤー（あるいは金リボン）１７により電気的に接続している。入力用展開基板１５と出力用展開基板１８を総称して展開基板という。
【０００８】
以下、従来の技術における問題点について説明する。図１２にＲＦ信号を入力するための高周波コネクタ６の芯線７や、展開基板１５の上に形成された中心導体１６ａ、接地導体１６ｂ、１６ｃの配置を概略斜視図として示す。２０はコネクタの芯線７を通すために筐体５に設けられた開口部である。
【０００９】
これを組み立てる際の問題点について考察する。図１２のＡ−Ａ´における断面図を図１３に示す。前に述べたように、７は図１３には不図示の高周波コネクタ６の芯線（あるいはコネクタの芯線）、１６ａは展開基板１５の上に形成した電極の中心導体であり、コネクタの芯線７と電極の中心導体１６ａの両者は電気的に接続されなければならない。
【００１０】
そのため、図１４の斜視図、図１４のＡ−Ａ´断面図である図１５、およびＢ−Ｂ´断面図である図１６に示すように、半田ペレット２１をコネクタの芯線７と中心導体１６ａの間に入れ、その後加熱する。加熱後の様子を図１７に示す。
【００１１】
図１５と図１６に示すように、電極の中心導体１６ａと、その上方に所定距離離れて位置するコネクタの芯線７とのギャップをＨ、電極の中心導体２１の幅をＳ、半田ペレット２１の幅と厚みを各々ＷとＴとすると、Ｓ≧ＷでＨ＞Ｔの場合には、図１７のようにコネクタの芯線７と電極の中心導体１６ａとを溶けて固まった半田２１´により電気的に接続することができない。
【００１２】
一方、コネクタの芯線７と電極の中心導体１６ａとのギャップＨよりも、半田ペレット２１´´の厚みＴの方が大きい場合に（Ｈ＜Ｔ）、半田ペレット２１´´をコネクタの芯線７と電極の中心導体１６ａとの間に無理に押し込むと、図１８に示すようにコネクタの芯線７に無理な応力が印加される。
【００１３】
図１９には図１８において使用されている不図示の高周波コネクタ６を構成する部品の一つを示している。図１９において７は高周波コネクタの芯線、２２はガラスビーズ、２３はガラスビーズ２２の外側の金属筒であり、図１８の筐体５に電気的に接続されている。
【００１４】
図１９に示すように、半田ペレット２１の厚みＴがコネクタの芯線７と電極の中心導体１６ａとのギャップＨよりも厚い場合には、コネクタの芯線７に無理な応力が加わり、その結果ガラスビーズ２２にクラック２４が入っている。そして、このようなケースではＬＮ光変調器を気密封止することができなくなり、信頼性上の重大な問題が発生していた。
【００１５】
そして、一般にコネクタの芯線７は工作精度の関係から上下方向にも数十ミクロンばらつくので、コネクタの芯線７と電極の中心導体１６ａとの間のギャップと完全に同じ厚みの半田ペレットを準備する必要が有り、コネクタ付きパッケージの価格を押し上げる原因の一つとなっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００７−９３７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
以上のように、従来技術では、高周波コネクタの芯線を電極の中心導体に電気的に接合しようとしても、高周波コネクタの芯線と電極の間のギャップが半田ペレットの厚みよりも厚い場合には、高周波コネクタの芯線と電極の中心導体が電気的に導通できなかった。逆に、半田ペレットの厚みが高周波コネクタの芯線と電極の中心導体との間のギャップよりも厚い場合には、半田ペレットが高周波コネクタの芯線と電極の中心導体との間に入らず、無理に押し込むと高周波コネクタを構成する部品の一つであるガラスビーズにクラックが入ってしまうという問題があった。そして、高周波コネクタの芯線と電極の間のギャップと完全に同じ厚みの半田ペレットを準備することは、高周波コネクタ付きパッケージの価格を押し上げる大きな要因の一つとなっていた。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載のコネクタの芯線の接合方法は、誘電体または半導体からなる基板と、前記基板上に形成された電極と、前記電極の上方に所定距離離れて配置されたコネクタの芯線とを半田ペレットを用いて接合する、コネクタの芯線の接合方法において、前記半田ペレットは、前記所定距離よりも厚みが薄く形成されるともに、その幅が前記電極の幅よりも広く形成されており、前記所定距離離れた前記電極と前記コネクタの芯線との間に前記半田ペレットを挿入した状態で加熱して、前記半田ペレットを溶融させることにより、当該溶融した半田は前記基板には接合せず、かつ表面張力によって前記電極の上で上方に盛り上がって前記芯線と前記電極とを接合することを特徴としている。
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の請求項２に記載のコネクタの芯線の接合方法は、請求項１に記載のコネクタの芯線の接合方法において、前記半田ペレットと前記コネクタの芯線との間に半田フラックスを塗布した状態で前記加熱することを特徴としている。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の請求項３に記載のコネクタの芯線の接合方法は、請求項１もしくは請求項２に記載のコネクタの芯線の接合方法において、前記半田ペレットと前記コネクタの芯線との間に半田ペーストを塗布した状態で前記加熱して、前記半田ペレットと前記半田ペーストとを溶融させることを特徴としている。
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明の請求項４に記載のコネクタの芯線の接合方法は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコネクタの芯線の接合方法において、前記芯線の先端部の断面積が該先端部以外の断面積よりも小さいことを特徴とすることを特徴としている。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の請求項５に記載の光変調器モジュールは、筐体と、該筐体の内部に配置され、その上面に電極が形成された基板と、前記筐体に取り付けられたコネクタとを備えた光変調器モジュールであって、前記基板上に形成された前記電極と前記コネクタの芯線とが、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコネクタの芯線の接合方法で接合されたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明では、半田ペレットの厚みを高周波コネクタと電極の中心導体間のギャップよりも薄くし、かつ半田ペレットの幅を電極の中心導体の幅よりも所定の幅だけ広くする。そしてその半田ペレットをそのギャップの間に差し込んだ状態で加熱することにより、半田ペレットを溶融する。溶融した半田は誘電体や半導体からなる基板には接合せず、かつ表面張力のために電極の中心導体の上で上側に盛り上がる。半田ペレットの幅を所定の幅だけ広くしておけば、溶融した半田の高さは溶融する前の半田ペレットの厚みよりも高くなり、高周波コネクタの芯線と電極の中心導体の両方に接触することが可能となる。その結果、高周波コネクタの芯線と電極の中心導体が強固に接合され、両者が電気的に接続できるようになるという利点がある。一般に、高周波コネクタの位置決め精度のために、その芯線と電極の中心導体間のギャップは数十ミクロン程度ばらつくが、芯線と電極との間のギャップがばらついても本発明を使用することによりほぼ１００％の歩留まりで高周波コネクタの芯線と電極の中心導体を強固に接合できる。その結果、パッケージの価格を低減するのに大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる高周波コネクタと中心導体との接合部の概略斜視図
【図２】本発明の第１の実施形態に係わる高周波コネクタと中心導体との接合部のＡ−Ａ´における概略断面図
【図３】本発明の第１の実施形態に係わる高周波コネクタと中心導体との接合部のＢ−Ｂ´における概略断面図
【図４】本発明において使用する半田ペレットの斜視図
【図５】本発明の原理を説明する図
【図６】本発明の第１の実施形態に係わる高周波コネクタと中心導体との接合部の概略断面図
【図７】本発明の第１の実施形態に係わる高周波コネクタと中心導体との接合部の概略断面図
【図８】本発明の第２の実施形態に係わる高周波コネクタと中心導体との接合部の概略断面図
【図９】本発明の第２の実施形態の変形例に係わる高周波コネクタと中心導体との接合部の概略断面図
【図１０】本発明の第３の実施形態に係わる高周波コネクタと中心導体との接合部の概略斜視図
【図１１】従来のＬＮ光変調器モジュールの概略構成を示す上面図
【図１２】図１１の高周波電気信号の入力側についての概略斜視図
【図１３】図１２のＡ−Ａ´から見た概略断面図
【図１４】従来技術の問題点を説明するための高周波コネクタと中心導体との接合部の概略斜視図
【図１５】従来技術の問題点を説明するための高周波コネクタと中心導体との接合部の概略断面図
【図１６】従来技術の問題点を説明するための高周波コネクタと中心導体との接合部の概略断面図
【図１７】従来技術の問題点を説明するための高周波コネクタと中心導体との接合部の概略断面図
【図１８】従来技術の問題点を説明するための高周波コネクタと中心導体との接合部の概略断面図
【図１９】従来技術の問題点を説明するための高周波コネクタの部分斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１１から図１９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。
【００２６】
（第１の実施形態）
図１に本発明の第１の実施形態において使用する製造方法について概略の斜視図を示す。また、図１のＡ−Ａ´とＢ−Ｂ´における断面図を各々図２と図３に示す。
【００２７】
本実施形態では、半田ペレット２５の厚みＴが高周波コネクタの芯線７と電極の中心導体１６ａとのギャップＨよりも薄く、かつ幅Ｗが電極の中心導体１６ａの幅Ｓよりも広いものを用いる。また、４０は溶融した半田が流れていくのを堰き止めるための流れ止め部であり、芯線７の先端から少しずれた位置に配置されている。流れ止め部４０は、溶融した半田が接合しない材料を用いるか、あるいは金の厚みを厚くして形成してもよい。
【００２８】
図４は、本実施形態において使用する半田ペレット２５の斜視図を示している。図１から図３に示したように半田ペレット２５の幅をＷ、長さをＬ、厚みをＴとする。
【００２９】
さて、図４の半田ペレット２５が図１の電極の中心導体１６ａ上で加熱されて溶融した場合について考察する。図５（ａ）と図５（ｂ）に図１の半田ペレット２５が溶融した場合について、図１のＢ−Ｂ´に対応する断面図を２種類示す。
【００３０】
図５（ａ）は溶融した半田２６が半球状になった場合である。溶融した半田２６は、中心導体１６ａの幅Ｓいっぱいにまで広がる。半田ペレット２５の体積（つまり、Ｗ・Ｌ・Ｔ）が半球の体積に等しい場合に対応する。溶融後の半田の高さ（つまり、半径）をＨＳとすると、溶融する前の半田ペレット２５と溶融した半田２６の体積は等しいので
４π／３・ＨＳ３／２  ＝  Ｗ・Ｌ・Ｔ                （１）
の関係式が成り立つ。つまり、近似的に次式が成り立つ。
ＨＳ  ＝  （３／（２π）・ＷＬＴ）１／３              （２）
【００３１】
一方、図５（ｂ）は、図５（ａ）とは半田２６の量が異なっている場合に対応する。溶融した半田２６は誘電体や半導体からなる基板１５には接合せず、かつ表面張力によって電極の中心導体１６ａの上で上側に盛り上がる。したがって、溶融した半田２６の高さＨＳは
ＨＳ  ＝  （Ｗ／Ｓ）・Ｔ                            （３）
と近似できる。
【００３２】
図５（ａ）と図５（ｂ）（つまり、式（１）と式（３））のいずれにしても、このＨＳがＨＳ≧Ｈを満たすと図６および図７に示すように、溶融した半田２７が高周波コネクタの芯線７と電極の中心導体１６ａを接合し、高周波コネクタの芯線７と電極の中心導体１６ａとの間の電気的導通をとることが可能となる。
【００３３】
以上のように、本発明における重要な点は、半田は誘電体基板や半導体基板には接合せず、金属（特に金）にのみ接合する性質を利用している点である。つまり、半田ペレット２５の幅を電極の中心導体１６ａの幅Ｓよりも意図的に広くし、その広い半田ペレット２５を溶融することにより電極の中心導体１６ａの上に集まった溶融した半田の高さを加熱前の半田ペレット２５の高さよりも高くし、その結果高周波コネクタの芯線７と電極の中心導体１６ａを接合している。
【００３４】
（第２の実施形態）
図８は以上において説明した態様の変形例である。図８では図１から図３に示した第１の実施形態において使用する製造方法にさらに半田フラックス２８を追加している。高周波コネクタの芯線７と半田ペレット２５の間に半田フラックス２８を使用すると、半田ペレット２５が溶融した際に、半田フラックス２８は半田の流動性を高めるので、その溶融した半田が高周波コネクタの芯線７と中心導体１６ａとを接合し易くなるという利点がある。この時、半田フラックス２７を電極の中心導体１６ａにも塗布しておけばより効果的である。なお、半田フラックス２８は本発明の全てに使用することができる。
【００３５】
また、図９はさらに図８に対して高周波コネクタの芯線７´の先端の断面積を他の部位よりも小さくして、半田ペレット２５を高周波コネクタの芯線７´と電極の中心導体１６ａの間に差し込み易くしている。図８、図９の態様とも、粘性が高い半田フラックス２８により、半田ペレット２５が位置ずれを起こしにくいという利点がある。
【００３６】
あるいは、図８、図９において半田フラックス２８の代わりに、半田ボールなどの半田が配合された半田ペーストを用いることも可能である。その場合には、半田ペーストに配合された半田ボールが加熱後に導電性を持つので、その分半田ペレットの幅を狭くすることができる。
【００３７】
なお、図９のように高周波コネクタの芯線７´の先端を丸く（あるいは、細く）加工するという考え方は本発明の全ての実施形態について適用することができる。
【００３８】
（第３の実施形態）
図１０に本発明の第３の実施形態において使用する製造方法について概略の斜視図を示す。本実施形態では半田ペレット２９の辺を電極の中心導体１６ａの辺に意図的に平行にならないようにしている。こうすることにより、電極の接地導体１６ｂ、１６ｃと中心導体１６ａとの間隔が狭まっている領域Ｃにおいて半田ペレット２９が接地導体１６ｂ、１６ｃに接触することを避けており、より作業性が向上するという利点がある。
【００３９】
（各種実施形態）
以上において、本発明の高周波コネクタの接合方法を適用するデバイスとしてＬＮ光変調器という光デバイスを採り上げたが、これに限るものではなく、電界吸収型や進行波電極型の半導体光デバイスでも良いし、あるいは電子デバイスでも良い。また、展開基板を形成する基板としてＡｌ２Ｏ３基板、ＡＬＮ、あるいは石英基板、ＬＮ基板などその他の絶縁体基板でも良いし、半導体基板でも良い。さらに、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、マイクロストリップでも良いし、構造が非対称なＣＰＷ電極でも良いし、展開基板を使わず、高周波コネクタとＬＮ光変調器の進行波電極や電子デバイスに形成した電極などを直接接合しても良い。さらには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。なお、コネクタについては高周波電気信号が通る高周波コネクタとして説明してきたが、勿論低周波電気信号用のコネクタであっても本発明を適用できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明により高周波電気信号のコネクタの芯線からデバイスへの伝搬特性について大幅に改善された歩留まりを有するコネクタの芯線の接合方法とそれを用いた光変調器モジュールを提供することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１：ｘ−カットＬＮ基板（ＬＮ基板）
２：ＳｉＯ２バッファ層
３：マッハツェンダ光導波路（光導波路）
３ａ、３ｂ：相互作用光導波路
４：進行波電極
４ａ：中心導体
４ｂ、４ｃ：接地導体
５：筺体
６、８：高周波コネクタ
７、７´：コネクタの芯線
１０、１３：コンデンサ
１１：高周波電源
１２：終端抵抗
１４：ＤＣバイアス電源
１５、１８：展開基板
１６ａ、１９ａ：展開基板の中心導体
１６ｂ、１６ｃ、１９ｂ、１９ｃ：展開基板の接地導体
１７：ボンディングワイヤー
２０：筐体５に設けられた開口部
２１、２１´´、２５，２９：半田ペレット
２２：ガラスビーズ
２３：金属筒
２４：ガラスビーズに入ったクラック
２６、２７：溶融した後、固まった半田
２８：半田フラックス、あるいは半田ペースト
４０：流れ止め部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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