(57)【要約】【課題】所定の外部電源から導入する変調信号の強度が減衰することなく、さらには前記外部電源との接続によって光変調器にクラックなどが発生することのない、新規な実装方法及び実装構造を提供する。【解決手段】光変調器１０と、この光変調器の側方に位置する前記信号電極に所定の外部電源からの信号電圧を印加するために接続された金属線６０と、この金属線６０の周囲において、光変調器１０のインピーダンス制御のために、光変調器１０の主面の、少なくとも一部に接地電極層を有する部材５０を設ける。金属線６０は、金属筺体２０の側壁部分２１に設けられた開口部２２を介して信号電極２に対して金属ワイヤで接続する。また、部材５０の中心部において略半円形状の断面を有する凹部５２を形成し、図示しない外部電源から金属線６０を介して、光変調器１０の信号電極２に対して所定の変調信号を導入する。【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の主面に設けられた光導波路、及びこの光導波路中を導波する光波に対して信号を印加するための信号電極及び接地電極を有する光変調器と、
前記信号電極に所定の外部電源からの信号電圧を印加するために接続された金属線と、
前記金属線の周囲において、前記光変調器のインピーダンス制御のために設けられ、主面の少なくとも一部に接地電極層を有する部材と、
前記信号電極及び前記金属線間、並びに前記接地電極及び前記接地電極層間を結合する金属ワイヤと、
前記光変調器を支持するように設けられた金属筺体と、
を具えることを特徴とする、光変調器の実装構造。
【請求項２】
前記部材は凹部を有し、前記金属線は前記絶縁部材の前記凹部の壁面に沿って設けたことを特徴とする、請求項１に記載の光変調器の実装構造。
【請求項３】
真空中での実効的距離に換算した場合において、前記金属線の太さをａとし、前記部材の前記凹部の幅をｃとした際に、（ｃ／ａ）比を１〜４に設定したことを特徴とする、請求項２に記載の光変調器の実装構造。
【請求項４】
真空中での実効的距離に換算した場合において、前記金属線の中心から前記部材の前記凹部の壁面までの距離をｂとした際に、ｃ≦２ｂに設定したことを特徴とする、請求項３に記載の光変調器の実装構造。
【請求項５】
前記金属線と前記部材の前記凹部との間に形成された空隙中に誘電部材を充填したことを特徴とする、請求項２〜４のいずれか一に記載の光変調器の実装構造。
【請求項６】
前記部材は絶縁部材であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の光変調器の実装構造。
【請求項７】
前記金属線は前記絶縁部材上に設けたことを特徴とする、請求項６に記載の光変調器の実装構造。
【請求項８】
前記部材は、前記金属筺体の一部から構成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の光変調器の実装構造。
【請求項９】
前記光変調器における前記基板の厚さが３０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一に記載の光変調器の実装構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器の実装方法及び実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチメディアの発展に伴い、通信のブロードバンド化の需要が高まり、１０Ｇｂ／ｓを超える光伝送システムが実用化されることによって、さらなる高速通信の実現が期待されている。そして、１０Ｇｂ／ｓの電気信号（マイクロ波信号）を光に変調するデバイスとしてはＬＮ光変調器が使用されている。前記ＬＮ光変調器の実用に際しては、前記光変調器を金属筺体に取り付けるとともに、所定の外部電源から前記光変調器の変調電極に変調信号を印加するための同軸ピンを前記変調電極に接続して実装する。
【０００３】
図１及び図２は、従来の光変調器の実装構造を概略的に示す構成図である。なお、図中において、光変調器と接続すべき光ファイバについては簡略化のために省略している。
【０００４】
図１に示す実装構造においては、電気光学効果を有する基板１の主面に形成された図示しない光導波路、前記主面上に形成された信号電極２及び接地電極３から構成される変調電極、及び基板１を支持するための支持基板４を有する光変調器１０と、この光変調器１０を支持するように設けられた金属筺体２０とが設けられている。光変調器１０と、この光変調器の側方に位置する金属筺体２０の側壁部分２１との間にはセラミックス材料から構成されるフィードスルー基板３０が設けられている。
【０００５】
フィードスルー基板３０上には、スルーホール３１が設けられているとともに、電極層３２及び３３が設けられている。そして、図示しない外部電源から光変調器１０の信号電極２に所定の変調信号を導入すべく、中心に位置する電極層３２にはガラスビーズなどから構成される同軸ピン４０が、金属筺体２０の側壁部分２１に設けられた開口部２２を介してはんだ及び導電ペーストなどによって接続され、両端に位置する電極層３３は、スルーホール３１によって金属筺体２０に接続されて接地されている。そして、電極層３２と光変調器１０の信号電極２との間、並びに電極層３３と光変調器１０の接地電極３との間を、リボンなどのボンディングワイヤ４２で接続することによって、前記外部電極からの前記変調信号を信号電極２に導入するようにしている。
【０００６】
図２に示す実装構造においては、同じく電気光学効果を有する基板１の主面に形成された図示しない光導波路、前記主面上に形成された信号電極２及び接地電極３から構成される変調電極、及び基板１を支持するための支持基板４を有する光変調器１０と、この光変調器１０を支持するように設けられた金属筺体２０とが設けられている。
【０００７】
そして、図示しない外部電源から光変調器１０の信号電極２に所定の変調信号を導入すべく、ガラスビーズなどから構成される同軸ピン４０が、金属筺体２０の側壁部分２１に設けられた開口部２２を介して信号電極２に対してはんだ及び導電ペーストなどによって直接的に接続されるとともに、接地電極３はリボンワイヤ４１によって金属筺体２０の側壁部分２１に直接接続されて接地されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１に示すような実装構造においては、外部電源からの変調信号をフィードスルー基板３０上に設けた金属層３２及び３３を介して信号電極２に導入するため、フィードスルー基板３０において前記変調信号が損失してしまい、広帯域化できない、あるいは駆動電圧が高くなるという問題があった。また、図２に示すような実装構造においては、同軸ピン４０を変調電極２に対して直接的に接続しているため、変調信号の損失などの問題は生じないが、同軸ピン４０からの圧力や導電ペーストの熱膨張などによって、同軸ピン４０が信号電極２からはがれてしまったり、３０μｍ以下の薄板構造を有する光変調器の場合には、光変調器１０自体にクラックなどが生じてしまう場合があった。
【０００９】
本発明は、上述した問題を生じることのない、新規な光変調器の実装方法及び実装構造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】
【００１０】
上記目的を達成すべく、本発明は、
電気光学効果を有する基板の主面に設けられた光導波路、及びこの光導波路中を導波する光波に対して信号を印加するための信号電極及び接地電極を有する光変調器と、
前記信号電極に所定の外部電源からの信号電圧を印加するために接続された金属線と、
前記金属線の周囲において、前記光変調器のインピーダンス制御のために設けられ、主面の少なくとも一部に接地電極層を有する部材と、
前記信号電極及び前記金属線間、並びに前記接地電極及び前記接地電極層間を結合する金属ワイヤと、
前記光変調器を支持するように設けられた金属筺体と、
を具えることを特徴とする、光変調器の実装構造に関する。
【００１１】
本発明によれば、外部電源からの変調信号を変調電極に導入するに際し、従来のような同軸ピンに代えて金属線を用い、この金属線を信号電極に対し金属ワイヤを介して接続するようにしている。同軸ピンは中心導体の周囲をガラスビーズなどの絶縁部材で覆った構成を呈しているが、本発明においては単一の金属線を用いているので、その剛性及び体積は前記同軸ピンに比較して十分に小さい。さらには、前記金属線を信号電極に接続する際のはんだ面積や導電ペーストの塗布面積が、前記同軸ピンを用いる場合に比較して著しく小さい。
【００１２】
したがって、金属線から光変調器に圧力が負荷された場合においても、その圧力の絶対値は同軸ピンを用いた場合に比較して十分に小さく、導電ペーストの量も低減できるため、熱膨張の度合いも同軸ピンを用いた場合に比較して十分に小さい。また、導電ペーストなどを用いる代わりに、ストレスリリーフなどを用いて接続することもできる。結果として、前記金属線を前記変調電極に直接的に接続した場合においても、前記金属線からの圧力によって光変調器にクラックなどが発生しなくなり、実用的な実装構造を提供できるようになる。
【００１３】
なお、前記金属線は前記同軸ピンの中心導体から構成することができる。この場合においては、例えば、前記同軸ピンの、中心導体のみを延在させたものを使用する。
【００１４】
また、前記金属線の先端を加工することによって、その先端形状を信号電極の形状に合致させることもできる。
【００１５】
本発明の実装構造では、前記金属線の周囲に接地電極層を有する部材を設け、実装後の光変調器のインピーダンスを制御するようにしている。したがって、実装後においても、前記光変調器のインピーダンスを例えば実用値である５０Ωに簡易に設定することができるようになる。
【００１６】
前記部材は絶縁部材から構成することができる。この場合、前記金属線を前記絶縁部材上に直接設けることもできる。また、前記部材は前記金属筺体の一部から構成することができる。この場合、前記接地電極層は前記金属筺体の一部上に直接又は間接に設けることができる。
【００１７】
なお、金属線の周囲に絶縁部材を設け、実装後の光変調器のインピーダンスを制御することについては、例えば特願昭６３−３０５３９０号公報に開示されている。しかしながら、本願発明の実装構造は、上述したように、インピーダンス制御のみならず、金属線と光変調器の信号電極とを金属ワイヤで接続し、好ましくは前記金属線の先端形状を前記信号電極の形状に合致させることによって、前記金属線と前記信号電極との接続用導通ペーストの量を低減することができ、熱応力を低減できる構造を呈している。したがって、特に３０μｍ以下の薄板構造の光変調器の実装に際して好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上、本発明によれば、所定の外部電源から導入する変調信号の強度が減衰することなく、さらには前記外部電源との接続によって光変調器にクラックなどが発生することのない、新規な実装方法及び実装構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を発明の実施の形態に則して詳細に説明する。
【００２０】
図３は、本発明の光変調器の実装構造の一例を示す概略図であり、図４は、図３に示す実装構造において、フィードスルー基板の長手方向に沿って切った場合において、金属線の近傍を拡大して示す断面図である。なお、図３及び図４において、図１及び図２と同様の構成要素に対しては同じ参照符合を用いている。また、光変調器と接続すべく光ファイバについては簡略化のために省略している。
【００２１】
図３に示す実装構造においては、電気光学効果を有する基板１の主面に形成された図示しない光導波路、前記主面上に形成された信号電極２及び接地電極３から構成される変調電極、及び基板１を支持するための支持基板４を有する光変調器１０と、この光変調器１０を支持するように設けられた金属筺体２０とが設けられている。光変調器１０と、この光変調器の側方に位置する金属筺体２０の側壁部分２１との間には絶縁材料から構成されるフィードスルー基板５０が設けられている。
【００２２】
フィードスルー基板５０上には、スルーホール５１が設けられているとともに、中心部において略半円形状の断面を有する凹部５２が形成されている。また、フィードスルー基板５０の主面上には接地電極層としてのＡｕメッキ層５３が形成されている。そして、図示しない外部電源から光変調器１０の信号電極２に所定の変調信号を導入すべく、金属線６０が、金属筺体２０の側壁部分２１に設けられた開口部２２を介してはんだ及び導電ペーストなどによって信号電極２に直接的に接続されている。また、接地電極３はリボンワイヤ６１によってフィードスルー基板５０と導通され、金属筺体２０を介して接地されている。
【００２３】
金属線６０の太さａは５０μｍ〜３５０μｍ程度であるので、図３に示すように、直接的に信号電極２に接続した場合においても、実際の操作において金属線６０から光変調器１０に負荷される応力は小さく、光変調器１０内にクラックが生じることはない。
【００２４】
また、金属線６０を信号電極２に接続する際に用いるはんだ面積や導電ペーストの塗布面積は十分に小さくすることができる。さらには、導電ペーストなどを用いる代わりに、ストレスリリーフやリボンワイヤなどを用いて接続することもできる。したがって、前記導電ペーストなどの熱膨張の度合いを十分に小さくすることができ、前記熱膨張に起因した光変調器１０のクラックの発生をも効果的に抑制することができる。さらに、この場合、熱応力やコネクタ装着に伴う外部圧力をストレスリリーフやリボンが吸収してくれるので直接的に変調器基板に応力が伝わらない特徴も有する。
【００２５】
金属線６０は、Ａｕ、Ａｇ、及びＣｕなどの高導電率材料から構成することができる。導電率の低い材料から構成した場合においては、変調信号の伝播損失が生じてしまう場合がある。
【００２６】
フィードスルー基板５０は、金属線６０を信号電極２に接続して実装した後の、光変調器１０のインピーダンスを制御するために設けられているものである。具体的には図４に示すように、金属線６０の太さａに対してフィードスルー基板５０に設けられた凹部５２の幅ｃ及び金属線６０の中心から凹部５２の壁面までの距離ｂを適宜に設定することによって、光変調器１０のインピーダンスを制御する。
【００２７】
凹部５２内が空洞である場合（凹部５２内に空気が充填されている場合）、好ましくは（ｃ／ａ）比を１〜４に設定することにより、光変調器１０のインピーダンスを実用的なレベル、例えば５０Ωに簡易に設定することができる。この場合、幅ｃを２ｂ以下に設定しても良い。
【００２８】
また、凹部５２内に誘電部材が充填されている場合においては、上記値ａ、ｂ及びｃを真空中での実効的距離に換算した場合に、上記要件を満足するようにする。
【００２９】
図５は、本発明の光変調器の実装構造における他の例を示す断面図である。本例においては、図４に示すように金属線６０を凹部５２から離隔して配置する代わりに、フィードスルー基板５０の凹部５２内において誘電部材５４を充填することによって埋設している。このような構成においても金属線６０から信号電極２に対して所定の変調信号を導入することができる。この場合における金属線６０及び凹部５２の位置関係は、金属線６０の太さのみならず、誘電部材５４の誘電率などを考慮して適宜設定する。
【００３０】
図６は、本発明の光変調器の実装構造におけるその他の例を示す断面図である。本例においては、フィードスルー基板５０に凹部を設けることなく、基板５０の主面上において金属線６０を配置している。このような構成においても金属線６０から信号電極２に対して所定の変調信号を導入することができる。この場合においては、金属線６０の太さや長さなどを適宜に調節することによって、光変調器１０のインピーダンスを制御する。
【００３１】
なお、図６に示す例においては、フィードスルー基板５０上に、蒸着法などの公知の成膜手法を用いて所定の導電性材料を堆積させて金属線６０を構成することもできる。
【００３２】
また、上述したいずれの例においても、金属線６０は、図示しない外部電源に接続した同軸ケーブルなどの中心導体のみを延長させて構成することもできるし、前記同軸ケーブルなどとは別個に設けた金属線から構成することもできる。
【００３３】
なお、光変調器１０は公知のタイプのものを使用することができるが、本発明は基板１の厚さを３０μｍ以下とした薄型の光変調器に対して好ましく用いることができる。また、このような薄型の光変調器においては、変調帯域を広帯域化した場合においても、信号電極２に導入される変調信号と光導波路中を導波する光波との速度整合を図ることができるようになる。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
（実施例）
本実施例においては、図３及び４に示すような実装構造を作製した。
最初に、１００℃のフッ硝酸中に０．３ｍｍ厚のＸカットＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）基板２組を約１５分間浸漬した後に、純水にて洗浄を実施し、その後スピンドライを実施した。次いで、前記２組のＬＮ基板の表面にＳＯＧ（ＳＰＩＮ  ｏｎ  ＧＬＡＳＳ）を１０００ｒｐｍでスピンコートし、コート面同士を重ね合わせるとともに荷重をかけた状態で、水蒸気含有酸素雰囲気中において１０７０℃で３時間保持し、前記２組のＬＮ基板を接着した。
【００３５】
次いで、研磨定盤に接着した前記２組のＬＮ基板を、一方の側を加温することによりワックスで貼り付け、横型研磨及びポリッシング（ＣＭＰ）を実施することによって、前記２組のＬＮ基板の、光変調器の基板を構成する側を厚さ１０μｍになるまで加工した。次いで、前記ワックスを加温することにより前記２組のＬＮ基板を前記県研磨定盤より取り外し、有機溶剤洗浄及びＵＶ洗浄を実施した。
【００３６】
次いで、前記２組のＬＮ基板の、薄板化された側の主面上にスパッタリング法によってＴｉを厚さ５００−１０００Åに堆積させた後、リソグラフィの技術を用いてレジストパターンを形成し、ＲＩＥによりＴｉパターンを形成した。
【００３７】
次いで、上述にようにして形成したアセンブリを水蒸気含有酸素雰囲気中において、１０２０℃で１０時間保持し、前記薄板化したＬＮ基板内にＴｉ拡散光導波路を形成した。次いで、厚膜レジストを用いたリソグラフィ工程と、シアン系Ａｕメッキ工程を経ることにより、Ａｕからなる信号電極及び接地電極を形成した。
【００３８】
次いで、上述のようにして形成したアセンブリの端面を研磨し、ダイシングにてチップ状に切断して光変調器を作製するとともに、前記光変調器の端面に光ファイバを光軸調整して接続した（ピクティルデバイス）。
【００３９】
次いで、ガラスビーズの同軸ピンが延在した長尺の中心導体をもつガラスビーズを前記金属筺体にＡｕＳｎはんだ固定した。また、アルミナから構成され、主面全面にＡｕメッキが施されたフィードスルー基板を前記光変調器と前記金属筺体の側壁部分との間にくるようにはんだ固定した。なお、長尺の中心導体は、幅２３０μｍのものを使用し、さらに、前記フィードスルー基板主面と金属筐体とは接地されており同電位である。
【００４０】
次いで、前記ピクティルデバイスを金属筐体に固定するとともに前記長尺の中心導体を前記フィードスルー基板の前記凹部の壁面に沿うようにして実装し、前記信号電極にアンリツ製のストレスリリーフを用いて接続した。また、前記接地電極は、リボンワイヤを用いて前記フィードスルー基板の表面に接触させ、前記金属筺体を介して接地した。
【００４１】
図７は、上記のようにして光変調器を実装した後のＳ２１特性を示すグラフである。図７から明らかなように、５０ＧＨｚまでリップルのない良好な周波数特性を呈することが分かる。また、光応答特性を測定した結果、３ｄＢ帯域は２５ｄＢであった。さらに、８５℃／−４０℃の熱衝撃試験を実施した結果、特性劣化は観察されなかった。
【００４２】
（比較例１）
実施例と同様の作製工程を経て図１に示すような実装構造を作製した。３ｄＢ帯域は４０ＧＨｚで１ｄＢの過剰損失が観察された。また、光応答特性を測定した結果、３ｄＢ帯域は１５ＧＨｚであった。但し、実施例と同じ熱衝撃試験を実施した際に特性劣化は観察されなかった。
【００４３】
（比較例２）
実施例と同様の作製工程を経て図２に示すような実装構造を作製した。Ｓ２１特性は、実施例と同様に５０ＧＨｚまでリップルのない良好な周波数特性を呈することが観察された。また、光応答特性を観察した結果、３ｄＢ帯域は２５ＧＨｚであった。さらに、実施例と同じ熱衝撃試験を実施した際において、光変調器においてクラックが発生する場合があった。
【００４４】
【表１】
2004264842.tif 000003
【００４５】
以上、具体例を挙げながら、発明の実施の形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範囲であらゆる変更や変形が可能である。例えば、上述した具体例においては、金属筺体から独立させて別途接地電極層を有するフィードスルー基板を設け、このフィードスルー基板に形成された凹部形状などを調節することにより、実装後の光変調器のインピーダンスを制御するようにしている。しかしながら、このようなフィードスルー基板を用いることなく、前記金属筺体の所定部位の形状や材質を調節することによっても、実装後の光変調器のインピーダンス制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】従来の光変調器の実装構造の一例を示す構成図である。
【図２】従来の光変調器の実装構造の他の例を示す構成図である。
【図３】本発明の光変調器の実装構造の一例を示す構成図である。
【図４】図４は、図３に示す実装構造において、フィードスルー基板の長手方向に沿って切った場合において、金属線の近傍を拡大して示す断面図である。
【図５】本発明の光変調器の実装構造における他の例を示す断面図である。
【図６】本発明の光変調器の実装構造におけるその他の例を示す断面図である。
【図７】本発明の光変調器を実装構造におけるＳ２１特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１  基板、２  信号電極、３  接地電極、４  支持基板、１０  光変調器、２０  金属筺体、２１  金属筺体の側壁部分、２２  開口部、３０  フィードスルー基板、３１，５１  スルーホール、３２，３３  電極層、４０  同軸ピン、６１  リボンワイヤ、４２  ボンディングワイヤ、５２  凹部  ５３  Ａｕメッキ層、５４  誘電部材、６０  金属線
【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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