(57)【要約】【課題】光導波路素子と接続基板との接続部分での伝送線路特性を改善した光導波路素子モジュールを提供する。【解決手段】光導波路素子モジュール１０は、光導波路素子１２と、該光導波路素子の外部に設けられた接続基板１３とを備え、これらは筐体１１内に収容される。光導波路素子１２は、信号電極２１と、該信号電極を挟むように配置された接地電極２２とから構成された制御電極を有する。接続基板１３は、信号線路３１と、該信号線路を挟むように配置された接地線路３２と、該接続基板の該接地線路とは反対側の面に配置された裏面接地電極とが設けられ、該接地線路と該裏面接地電極とは、該接続基板を貫通するビアホール３３を介して電気的に接続される。該接地線路と該接地電極とを電気的に接続する電気的接続手段４２を有し、該電気的接続手段の接地線路側の接続部は、該接地線路の該ビアホールの近傍であることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極とを有する光導波路素子と、該光導波路素子の外部に設けられ、該制御電極と電気的に接続された配線を有する接続基板とを備え、該光導波路素子と該接続基板とを筐体内に収容した光導波路素子モジュールにおいて、
該制御電極は、信号電極と、該信号電極を挟むように配置された接地電極とから構成され、
該接続基板は、信号線路と、該信号線路を挟むように配置された接地線路と、該接続基板の該接地線路とは反対側の面に配置された裏面接地電極とが設けられ、
該接地線路と該裏面接地電極とは、該接続基板を貫通するビアホールを介して電気的に接続され、
該接地線路と該接地電極とを電気的に接続する電気的接続手段を有し、
該電気的接続手段の接地線路側の接続部は、該接地線路の該ビアホールの近傍または該ビアホールに充填された導電材であることを特徴とする光導波路素子モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光導波路素子モジュールにおいて、
該電気的接続手段の接地線路側の接続部は、該接続基板の光導波路素子側のエッジよりも該ビアホールに近い位置であることを特徴とする光導波路素子モジュール。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光導波路素子モジュールにおいて、
該電気的接続手段の接地線路側の接続部は、該ビアホールと該電気的接続手段の接地電極側の接続部とを結ぶ直線上にあることを特徴とする光導波路素子モジュール。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光導波路素子モジュールにおいて、
該接地電極は、該制御電極の入力端部又は出力端部から離れた位置に、接地電極間の間隔が該入力端部又は該出力端部における間隔よりも小さい部分があり、該部分に該電気的接続手段の接地電極側の接続部を有することを特徴とする光変調器。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光導波路素子モジュールにおいて、
該電気的接続手段の接地線路側の接続部は、該ビアホールの端部からの距離が該ビアホールの直径の１．２倍以下の位置であることを特徴とする光導波路素子モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路素子と接続基板とを筐体内に収容した光導波路素子モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信分野や光計測分野において、光変調器や光スイッチなどに、電気光学効果を有する基板に光導波路を形成した光導波路素子が多用されている。これらの光導波路素子は、通常、密閉される筐体内に収容されて、光導波路素子モジュールを構成している。
【０００３】
光導波路素子モジュールの筐体内には、外部からの入力信号を光導波路素子の制御電極（信号電極および接地電極）に電気的に接続するための中継基板や、光導波路素子の制御電極の出力側に電気的に接続され、伝搬した電気信号を終端するための終端基板が収容されている（特許文献１参照）。本明細書において、中継基板と終端基板を総称して接続基板という。
【０００４】
図１は、光導波路素子モジュールの概略的な構成を示す図である。同図の光導波路素子モジュール１０は、光導波路素子１２と、光導波路素子の長手方向に沿った側部に配置された接続基板１３と、光導波路素子の光波進行方向の下流側に配置された光学部品１４とを筐体１１内に収容した構造である。また、筐体１１には、光波入力用の光ファイバーＦ１と、光波出力用の光ファイバーＦ２とが接続されている。
【０００５】
図２は、従来例に係る光導波路素子と接続基板との接続状況を説明する図であり、図１の符号Ａの部分の拡大図である。光導波路素子１２の制御電極の入出力端部では、信号電極２１を挟むように接地電極２２が配置されている。また、接続基板１３にも、制御電極と同様に、信号線路３１を挟むように接地線路３２が配置されている。接続基板１３には更に、接地線路とは反対側の面（裏面）に裏面接地電極（不図示）を配置してある。すなわち、接続基板１３は、グランド付きコプレーナ・ウェイブガイド構造の伝送線路を有している。接地線路３２と裏面接地電極（不図示）は、接続基板１２を貫通するビアホール３３を介して電気的に接続される。ビアホールの直径は一般的に８０μｍ〜２５０μｍである。
【０００６】
また、制御電極の入出力端部の信号電極２１及び接地電極２２と、接続基板の信号線路３１及び接地線路３２とは、金線などのワイヤー４１により各々電気的に接続（ワイヤーボンディング）される。ワイヤー４１は、光導波路素子の長手方向（図面の横方向）において光導波路素子側と接続基板側とで接続位置が同じになるように配線されている。すなわち、ワイヤー４１は、光導波路素子の長手方向に直交する方向に延びるように配線されている。
【０００７】
ビアホールの間隔は、一般に、伝送線路の損失及び反射成分を考慮して設計される。しかしながら、ビアホールが無い部分（例えば、接続基板の端部）において伝送線路の電界が設計値と異なる部分が存在し、ワイヤーボンディングの接続位置によっては伝送線路特性を劣化させる要因にもなっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第５２６３２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、光導波路素子と接続基板との接続部分での伝送線路特性を改善した光導波路素子モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の光導波路素子モジュールは、以下の技術的特徴を有する。
（１）  電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極とを有する光導波路素子と、該光導波路素子の外部に設けられ、該制御電極と電気的に接続された配線を有する接続基板とを備え、該光導波路素子と該接続基板とを筐体内に収容した光導波路素子モジュールにおいて、該制御電極は、信号電極と、該信号電極を挟むように配置された接地電極とから構成され、該接続基板は、信号線路と、該信号線路を挟むように配置された接地線路と、該接続基板の該接地線路とは反対側の面に配置された裏面接地電極とが設けられ、該接地線路と該裏面接地電極とは、該接続基板を貫通するビアホールを介して電気的に接続され、該接地線路と該接地電極とを電気的に接続する電気的接続手段を有し、該電気的接続手段の接地線路側の接続部は、該接地線路の該ビアホールの近傍または該ビアホールに充填された導電材であることを特徴とする。
【００１１】
（２）  上記（１）に記載の光導波路素子モジュールにおいて、該電気的接続手段の接地線路側の接続部は、該接続基板の光導波路素子側のエッジよりも該ビアホールに近い位置であることを特徴とする。
【００１２】
（３）  上記（１）又は（２）に記載の光導波路素子モジュールにおいて、該電気的接続手段の接地線路側の接続部は、該ビアホールと該電気的接続手段の接地電極側の接続部とを結ぶ直線上にあることを特徴とする。
【００１３】
（４）  上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光導波路素子モジュールにおいて、該接地電極は、該制御電極の入力端部又は出力端部から離れた位置に、接地電極間の間隔が該入力端部又は該出力端部における間隔よりも小さい部分があり、該部分に該電気的接続手段の接地電極側の接続部を有することを特徴とする。
【００１４】
（５）  上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の光導波路素子モジュールにおいて、該電気的接続手段の接地線路側の接続部は、該ビアホールの端部からの距離が該ビアホールの直径の１．２倍以下の位置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、接地線路と接地電極とを電気的に接続する電気的接続手段の接地線路側の接続部を、接続基板を貫通し且つ接地線路と裏面接地電極を電気的に接続するビアホールの近傍、または該ビアホールに充填され導電材としたので、光導波路素子と接続基板との接続部分での伝送線路特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】光導波路素子モジュールの概略的な構成を示す図である。
【図２】従来例に係る光導波路素子と接続基板との接続状況を説明する図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る光導波路素子と接続基板との接続状況を説明する図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る光導波路素子と接続基板との接続状況を説明する図である。
【図５】本発明の第３実施例に係る光導波路素子と接続基板との接続状況を説明する図である。
【図６】本発明による伝送線路特性の改善効果を説明する図である。
【図７】ワイヤーの接地線路側の接続部の位置について説明する図である。
【図８】ワイヤーの接地線路側の接続部の位置について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る光導波路素子モジュールについて、好適例を用いて詳細に説明する。なお、以下で示す例によって本発明が限定されるものではない。
本発明の光導波路素子モジュールは、図１に示すように、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極とを有する光導波路素子１２と、該光導波路素子の外部に設けられ、該制御電極と電気的に接続された配線を有する接続基板１３とを備え、該光導波路素子と該接続基板とを筐体１１内に収容した光導波路素子モジュール１０に関する。そして、図３〜図５に示すように、該制御電極は、信号電極２１と、該信号電極を挟むように配置された接地電極２２とから構成され、該接続基板は、信号線路３１と、該信号線路を挟むように配置された接地線路３２と、該接続基板の該接地線路とは反対側の面に配置された裏面接地電極（不図示）とが設けられ、該接地線路と該裏面接地電極とは、該接続基板を貫通するビアホール３３を介して電気的に接続され、該接地線路と該接地電極とを電気的に接続する電気的接続手段４２を有し、該電気的接続手段の接地線路側の接続部は、該接地線路の該ビアホールの近傍（または該ビアホールに充填された導電材３５）であることを特徴とする。
【００１８】
電気光学効果を有する基板としては、特に、ＬｉＮｂＯ3 ，ＬｉＴａＯ5 又はＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン），Ｓｉのいずれかの単結晶や、ＩｎＰやＧａＡｓなど化合物半導体材料が、好適に利用可能である。特に、光変調器で多用されているＬｉＮｂＯ3 ，ＬｉＴａＯ5 が、好ましい。
【００１９】
基板に形成する光導波路は、例えば、ＬｉＮｂＯ3 基板（ＬＮ基板）上にチタン（Ｔｉ）などの高屈折率物質を熱拡散することにより形成される。また、光導波路の側面に溝を形成したり、光導波路部分の厚みを他の基板部分より厚く形成して、リッジ型導波路とすることも可能である。
【００２０】
制御電極は、信号電極や接地電極から構成され、基板表面に、Ｔｉ等による下地電極パターンを形成し、金メッキ方法などにより形成することが可能である。さらに、必要に応じて光導波路形成後の基板表面に誘電体ＳｉＯ2 等のバッファ層を設けることも可能である。
【００２１】
本発明における「接続基板」とは、筐体の外部から電気信号が入力される入力端子と光導波路素子の信号入力部とを接続する中継基板や、電気信号の反射を抑制するために、光導波路素子の信号電極の出力端部に接続され、抵抗器等で電気信号を終端する終端基板などを意味する。接続基板の基板材料は、光導波路素子の基板材料よりも誘電率が低い材料、例えば、アルミナや半導体材料が使用される。これは、光導波路素子の広帯域化に寄与するためである。
【００２２】
接続基板には、信号線路および該信号線路を挟むように配置された接地線路からなる伝送線路が一方の面（表面）に形成され、これとは反対側の面（裏面）に裏面接地電極が形成される。接地線路と裏面接地電極は、接続基板を貫通するように設けられたビアホールを介して電気的に接続される。また、ビアホールは銀ペーストなどの導電性を有する導電材で充填されてもよい。
【００２３】
光導波路素子と接続基板とを電気的に接続する電気的接続手段としては、金などの導電性のワイヤーや幅広のリボンワイヤーを利用可能である。導電性のワイヤーやリボンワイヤーの数は１本に限らず、同じ場所の近傍を複数本の導電性のワイヤーやリボンワイヤーで接続することも可能である。以下では、電気的接続手段として、導電性のワイヤーを用いる場合を例にして説明する。
【００２４】
本発明の主な特徴は、光導波路素子と接続基板間の電気的接続手段として、ビアホールの近傍に接続されたワイヤーを有することである。このような構成により、光導波路素子と接続基板との接続部分での伝送線路特性の劣化を抑制することができる。以下、実施例を参照しつつ、具体的に説明する。
【００２５】
図３は、第１実施例に係る光導波路素子と接続基板との接続状況を説明する図である。
第１実施例では、接地電極２２と接地線路３２とを電気的に接続するワイヤーであって、ビアホール３３の近傍に接続されたワイヤー４２を有している。ワイヤー４２の接地線路側の接続部５２は、接続基板１３の光導波路素子側のエッジよりもビアホール３３に近い位置にあり、また、ビアホール３３と該ワイヤー４２の接地電極側の接続部５１とを結ぶ直線上にある。
【００２６】
ここで、ビアホールとワイヤーの接地電極側の接続部とを結ぶ直線は、ビアホールや接続部のサイズに応じた幅を有する。すなわち、図７に示すように、ビアホール３３とワイヤー４２の接地電極側の接続部５１との間に引いた接線で形成されるエリアＲが、上記の直線に相当する。なお、ワイヤーの接地線路側の接続部が、ビアホールとワイヤーの接地電極側の接続部とを結ぶ直線上にあるとは、接続部の全体がエリアＲ内に形成された状態はもちろん、接続部の少なくとも一部がエリアＲ内に形成された状態（破線５２’で示す状態）も含むことを意味する。ただし、接続部の全体がエリアＲ内に形成された構成の方が、接続部の一部がエリアＲ内に形成された構成よりも、伝送線路特性の劣化抑制の観点から好ましい。
【００２７】
また、ワイヤーの接地線路側の接続部は、図６を参照して後述するように、ビアホールに近い方が、伝送線路特性の劣化を抑制する効果が高められる。ワイヤーの接地線路側の接続部は、図８に示すように、ビアホールの外周からの距離がビアホールの直径の１．２倍以下の領域Ｎ１に設けることが好ましく、ビアホールの直径の０．８倍以下の領域Ｎ２に設けることがより好ましい。ただし、ビアホールに関する上記距離条件を満たす位置であっても、接地電極とは反対側（線分Ｌの下側）の位置にワイヤーを接続した場合には、伝送線路特性の劣化抑制効果はあまり期待できない。したがって、ワイヤーの接地線路側の接続部は、ビアホールに関する上記距離条件を満たす位置であって、接地電極側（線分Ｌの上側）の位置に設けることが好ましく、エリアＲ内に接続部を設ける方がより好ましい。なお、ビアホールの近傍とは、必ずしも領域Ｎ１の範囲内であることが要求されるものではなく、ビアホールの外周からの距離が、伝送線路特性の劣化抑制の効果が得られる程度であればよい。
【００２８】
なお、第１実施例では、ビアホール３３の外周をガードパターン３４で取り囲んであるので、ガードパターン３４の外側で且つガードパターン３４になるべく近い位置に、ワイヤーボンディングの接続部５２が形成されている。なお、ガードパターン３４は、クロム等からなり、ビアホール内に例えば導電材である銀ペースト等の充填材料を充填する際の充填材料の流れ止めのために設けられる。
【００２９】
接地電極２２は、制御電極の入力端部又は出力端部から離れた位置に、接地電極間の間隔が入力端部又は出力端部における間隔よりも小さい部分があり、当該部分にワイヤー４２の接地電極側の接続部５１を有している。
より詳細には、光導波路素子の制御電極は、接続基板側のエッジに近いｘ１の位置（入力端部又は出力端部の位置）では、接地電極間の間隔Ｗ１を有する。また、接続基板側のエッジから離れたｘ２の位置での接地電極間の間隔Ｗ２は、ｘ１の位置での間隔Ｗ１より小さくなっている。このｘ２の位置は、制御電極（信号電極）の引き回し開始位置であり、通常は、この位置のインピーダンスが伝送線路の損失及び反射成分を考慮した所望の値に設定されている。ワイヤー４２の接地電極側の接続部５１は、制御電極の引き回し開始位置に近い部分に形成される。また、ワイヤー４２は信号電極２１を挟んで２つ形成され、接地電極側における２つのワイヤーの接続部の間隔Ｗ３はＷ２以上且つＷ１以下となるように構成されている。この場合、接地電極側における２つのワイヤーの接続部の位置は、ｘ２の位置よりも接続基板１３側のエッジに近い位置でもよいし、該エッジから遠い位置でもよい。
【００３０】
このように、第１実施例では、接続基板の接地線路と光導波路素子の接地電極とを電気的に接続するワイヤーを、接続基板側の端部は裏面接地電極に繋がるビアホールの近傍に接続し、光導波路素子側の端部は制御電極の引き回し開始位置の近傍に接続した。すなわち、接続基板の裏面接地電極と光導波路素子の制御電極の引き回し開始位置とを最短距離で電気的に接続するようにした。このような構造によれば、光導波路素子と接続基板との接続部分での伝送線路特性の劣化を抑制することが可能となる。
【００３１】
ここで、図３は、接地電極側における２つのワイヤーの接続部の間隔Ｗ３がＷ２以上且つＷ１以下となるような構成であるが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。ただし、このような構成の方が、光導波路素子と接続基板との接続部分での伝送線路特性の劣化をより効果的に抑制することができる。また、図３では、２つのワイヤーが信号電極を挟んで互いに線対称に接続されているが、線対称でなくともよく、本発明の効果が奏される範囲に接続されればよい。
【００３２】
なお、１つの接地線路が複数のビアホールで裏面接地電極と繋がっている場合には、この接地線路に対するワイヤーは、制御電極の引き回し開始位置に最も近いビアホールの近傍に接続することが好ましい。また、制御電極の引き回し開始位置に最も近いビアホールが複数ある場合には、信号線路に最も近いビアホールの近傍にワイヤーを接続することが好ましい。また、図面では、１本のワイヤーを各ビアホールの近傍に接続しているが、単一のビアホールに対して複数のワイヤーを接続しても構わない。
【００３３】
図４及び図５は、それぞれ、第２及び第３実施例に係る光導波路素子と接続基板との接続状況を説明する図である。
第２実施例（図４）では、導電性を有する導電材３５でビアホール３３が充填されており、この導電材３５にワイヤー４２が接続されている。このような構成により、接地線路側の接続部をビアホールにより近づけることができるので、光導波路素子と接続基板との接続部分での伝送線路特定の劣化を、図３の構成よりも更に効果的に抑制することができる。
【００３４】
第３実施例（図５）では、ビアホール３３の周囲にガードパターン３４が設けられておらず、ビアホール３３の外側で且つビアホール３３になるべく近い位置にワイヤー４２が接続されている。このような構造によっても、ガードパターンが無い分、接地線路側の接続部をビアホールにより近づけることができるので、光導波路素子と接続基板との接続部分での伝送線路特定の劣化を、図３の構成よりも更に効果的に抑制することができる。ただし、第３実施例の構成を用いる場合は、接地線路側の接続部がビアホールにかららないようにした方が、接続部の強度の劣化を防ぐことができるので、より好ましい。
【００３５】
図６は、本発明による伝送線路特性の改善効果を説明する図である。図６のグラフより、本発明を適用することで、全体的な周波数帯域に亘って光導波路素子モジュールの特性が向上し、特に２５ＧＨｚから３５ＧＨｚの高い周波数領域において向上していることが理解される。なお、図６では、光帯域特性（−３ｄＢ）が、ビアホール近傍にワイヤーを接続した構成（Ａ）の場合は約２５．３ＧＨｚ、ビアホールの端部からビアホールの直径（ビア径）の０．８倍の位置にワイヤーを接続した構成（Ｂ）の場合は約２４．８ＧＨｚ、ビアホール付近にワイヤーを接続しない従来構成（Ｃ）の場合は約２４．３ＧＨｚとなっている。
【００３６】
以上、実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した内容に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明によれば、光導波路素子と接続基板との接続部分での伝送線路特性を改善した光導波路素子モジュールを提供することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０  光導波路素子モジュール
１１  筐体
１２  光導波路素子
１３  接続基板
１４  光学部品
２１  信号電極
２２  接地電極
３１  信号線路
３２  接地線路
３３  ビアホール
３４  ガードパターン
３５  導電材
４１，４２  ワイヤー
５１，５２  接続部
Ｆ１，Ｆ２  光ファイバー
【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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