JP2004040257A

JP2004040257A - High-speed signal line

Info

Publication number: JP2004040257A
Application number: JP2002191413A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kurosaki; 黒崎　武志; Michiyuki Amano; 天野　道之; Akira Ito; 伊藤　亮; Yuichi Nishida; 西田　裕一
Original assignee: SUMISHO PLASCHEM CO Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: SUMISHO PLASCHEM CO Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-02-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a package which receives/outputs a high speed electric signal in a short time and at a low cost and which has frequency characteristics excellent even over a high frequency region. <P>SOLUTION: In a high speed signal line, a thin film conductive signal wire 102 is formed on one side of a board 101 having electric insulation, and a thin film conductive electric reference face 104 is formed on the other side of the board 101 which is engraved in a direction of the one side so as to provide prescribed impedance to the high speed signal line. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速信号線に関し、より詳細には、光通信、光情報処理の分野で使用される高速光送受信モジュールなどに用いられるパッケージにおいて、高速の電気信号を入出力する高速信号線に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、データ通信需要の急激な増大により、光ネットワークの高速・広帯域化が活発に進められている。従来の電話網を中心とした幹線系ネットワークはもとより、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＭＡＮ（Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）またはＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）のバックボーン等、経済化が強く求められているネットワークにおいても高速化の動きが加速している。このような状況において、伝送速度が１０Ｇｂ／ｓを越える高速の光送受信モジュールの低コスト化が強く求められている。
【０００３】
従来、伝送速度が１Ｇｂ／ｓを越える高速光送受信モジュールは、セラミックもしくは金属を材料とするパッケージを用いて作製されていた。図１〜図３に、従来の高速光送受信モジュールで用いられている代表的な高速信号線の構成を示す。図１に示したマイクロストリップ線路は、誘電体１１上に形成された高速信号線１２と、誘電体１１ａ，１１ｂ内部に金属製の薄膜等から形成された電気的な基準面となるグランド面１３とから構成されている。誘電体内部にグランド面を設置する必要があり、作製上の工程が多くなるという問題がある。
【０００４】
図２に示したコプレーナ線路は、誘電体１１上に形成された高速信号線１２と、高速信号線１２の両側に形成された電気的な基準面となるグランド面１４ａ，１４ｂとから構成されている。マイクロストリップ線路と比較して、誘電体内部にグランド面を設置する必要がないため作製上の工程は少ない。しかし、所定のインピーダンスを有する高速信号線１２を形成するために、高速信号線１２の幅を大きくとるか、または高速信号線１２とグランド面１４ａ，１４ｂとの間隔を小さくする必要があり、広い面積が必要になったり、高い加工精度が要求される等の問題がある。
【０００５】
図３に示したグランデッドコプレーナ線路は、誘電体１１上に形成された高速信号線１２と、誘電体１１ａ，１１ｂ内部に金属製の薄膜等から形成されたグランド面１３と、高速信号線１２の両側に形成されたグランド面１４ａ，１４ｂとから構成されている。コプレーナ線路のような作製上の問題は少ないが、マイクロストリップ線路と同様に作製上の工程が多くなるという問題がある。
【０００６】
図４に、従来の高速光受信モジュールの第１例を示す。１Ｇｂ／ｓ以上の伝送速度で動作する高速光受信モジュールは、現在広く用いられているバタフライ型の金属製またはセラミック製のパッケージを用いている。光受信モジュールは、側面に金属製リード２２が取り付けられたセラミック製パッケージ２１に、フォトダイオード２３とベアチップのプリアンプＩＣ２４とが搭載されている。光受信モジュールの前面には、レンズを収容し、光ファイバ２６に接続されたレンズホルダー２５が設けられ、後面には、電気信号を出力する高周波コネクタ２７が設けられている。
【０００７】
光ファイバ２６を通して送られてきた光信号は、レンズを介してフォトダイオード２３で受信される。フォトダイオード２３は、光信号を電気信号に変換し、ボンディングワイヤを介してプリアンプＩＣ２４に入力する。プリアンプＩＣ２４で増幅された電気信号は、ボンディングワイヤと、セラミック製パッケージ２１上に形成された高速信号線２８と、高周波コネクタ２７とを介して光受信モジュールから出力される。
【０００８】
高速信号線２８は、マイクロストリップ線路により形成され、高速信号線２８の下部には、セラミック製パッケージ２１内部にグランド面２９が挿入されている。高速信号線２８とグランド面２９との間隔は、所定の線路インピーダンス、例えば５０Ωとなるように一定の間隔が保たれている。また、グランド面２９は、導電性を有する金、アルミニウムなどの金属材料により、メッキ加工を施して形成されている。グランド面２９は、導電性材料でメッキ加工されたセラミック製パッケージ２１の側面または底面と電気的に接続されている。電気的な接続には、グランド面２９とパッケージの底面との間に、スルーホール３０を複数個設置する。スルーホール３０は、側壁を導電性材料でメッキ加工するか、または導電性材料で埋め込むことにより、電気的接続を実現している。
【０００９】
図５に、従来の高速光受信モジュールの第１例における高速信号線の詳細を示す。高速信号線２８とグランド面２９との構成により、線路インピーダンスを高周波コネクタ２７の特性インピーダンスと整合させることができる。これにより良好な周波数特性を得ることができるが、信号出力がコネクタ形式となっているため、実装基板上に搭載されたポストアンプ、論理素子等の電子デバイスと、電気的に接続することが難しいという欠点がある。
【００１０】
図６に、従来の高速光送信モジュールを示す。高速光送信モジュールは、回路基板をくりぬいたり、リードを折り曲げることなく、回路基板に実装が可能な表面実装型セラミック製パッケージ４１を用いている。光送信モジュールは、セラミック製パッケージ４１の底面に金属製のリード４２が取り付けられ、レーザダイオード４３と配線板４４が搭載されている。光送信モジュールの前面には、レンズを収容し、光ファイバに接続されたレンズホルダー４５が設けられている。
【００１１】
リード４２とセラミック製パッケージ４１内部の配線とは、スルーホール４６により電気的に接続されている。スルーホール４６は、側壁を導電性材料でメッキ加工するか、または内部を導電性材料で埋め込むことにより、電気的接続を実現している。セラミック製パッケージ４１の底面に取り付けられたリード４２のうち、高速の電気信号の入出力に用いるリード４２ｃは、コプレーナ線路を構成している。所定の線路インピーダンス、例えば５０Ωとなるように、両隣のリード４２ｄ，４２ｅとの間隔が設定されている。
【００１２】
セラミック製パッケージ４１の配線板４４は、マイクロストリップ線路が形成されたセラミック製の配線板である。コプレーナ線路を構成するリード４２ｃから入力された電気信号は、スルーホール４６とボンディングワイヤと配線板４４上のマイクロストリップ線路とボンディングワイヤとを介して、レーザダイオード４３に伝達される。
【００１３】
図７に、従来の高速光送信モジュールにおける高速信号線の詳細を示す。本構成は、配線板４４におけるマイクロストリップ線路の高速信号線４８と、リード４２ｃ〜４２ｅで構成されるコプレーナ線路の高速信号線とは、スルーホールで接続されている。高速信号線４８は、その周囲をグランド面４７と接続された複数のスルーホール４６で取り囲むことにより、インピーダンスの整合をとっている。これにより実装基板上に搭載された電子デバイスとの接続を容易し、良好な周波数特性を得ることができる。
【００１４】
図８に、従来の高速光受信モジュールの第２例を示す。高速光受信モジュールは、低価格化を目的に開発されたプラスチック製パッケージを用いている。プラスチック製パッケージ５１は、一般に、ミニＤＩＬ（Ｄｕａｌ−Ｉｎ−Ｌｉｎｅ）型と呼ばれ、トランスファーモールド成形技術を用いて作製されている。プラスチック製パッケージ５１は、金属製のリード５２と、フォトダイオード５３およびプリアンプＩＣ５４を搭載した金属製のステージとをプラスチック材料（樹脂）で挟み込んだ簡易な構造を有している。プラスチック製パッケージ５１から突き出たリード５２を、図８に示したように折り曲げることにより、光受信モジュールを実装基板５７上に搭載することができる。
【００１５】
図９に、従来の高速光受信モジュールの第２例における高速信号線の詳細を示す。第２例における高速信号線５８は、図５、図７に示した高速信号線と比較して、低価格で簡易に作製でき、かつ、実装基板上に搭載された電子デバイスとの接続も容易である。その反面、所定のインピーダンスを保つために、高速信号線５８の下部、またはその周囲にグランド面を配置することは困難である。従って、１ＧＨｚを越える高い周波数領域で、良好な周波数特性を得ることは難しい。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
図５、図７に示した高速信号線は、線路インピーダンスが一定で、良好な周波数特性が得やすい。しかしながら、作製の際には、セラミック製の薄板を何層か積み重ねて焼結しなければならず、かつ、スルーホールを複数設ける必要があるので、作製上の手間がかかり、価格も高くなるという問題があった。
【００１７】
図９に示した高速信号線は、金属製のリードをプラスチック製の材料で挟み込むだけで作製できるため、短時間、かつ、低価格に作製できるという利点がある反面、１ＧＨｚを超える周波数域においては良好な周波数特性を得ることが難しいという問題があった。
【００１８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高速の電気信号を入出力するパッケージにおいて、短時間かつ低価格に作製することができるとともに、高周波領域まで良好な周波数特性を得ることのできる高速信号線を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、電気的に絶縁性を有する基板の一方の面に導電性を有する薄膜状の１または複数の信号配線が形成され、前記基板の他方の面に導電性を有する薄膜状の電気的基準面が形成された高速信号線において、前記他方の面は、前記一方の面の方向に掘り込まれて前記電気的基準面が形成され、前記高速信号線が所定のインピーダンスを有するように構成されたことを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、基板を堀り込んで、掘り込みの内面に電気的基準面を形成することにより、高速信号線が所定のインピーダンスを有するように構成したので、誘電性の薄板を多層に積層せずに、高速信号線を容易に形成することができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の前記他方の面は、前記一方の面の凹凸または折れ曲がりに応じて、前記高速信号線が所定のインピーダンスを有するように掘り込まれたことを特徴とする。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の前記高速信号線は、所定のインピーダンスを有するように構成されたマイクロストリップ線路であることを特徴とする。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の前記一方の面における前記信号配線の両側に、所定の距離を隔てて、電気的基準面が形成されたことを特徴とする。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の前記高速信号線は、所定のインピーダンスを有するように構成されたグランデッドコプレーナ線路であることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１０に、本発明の第１の実施形態にかかる高速信号線の構成を示す。セラミック等の誘電体、プラスチック等の絶縁性材料からなるパッケージ１０１の一方の面に高速信号線１０２が形成されている。高速信号線１０２が形成された面の反対側の面より、パッケージ１０１を掘り込み１０３を形成することにより高速信号線１０２と平行になる面を形成する。掘り込み１０３の内面には、メッキまたは蒸着により金属薄膜を貼り付けることにより、高速信号線１０２に所定のインピーダンスを発生させるための、電気的な基準面となるグランド面１０４を形成する。
【００２６】
図１１に、本発明の第２の実施形態にかかる高速信号線の構成を示す。図１０に示した高速信号線１０２が形成された面にもグランド面１０５を配置して、グランデッドコプレーナ線路を構成した。高速信号線１０２の下部にグランド面を設置しない単純なコプレーナ線路と比較して、高速信号線１０２とその両側のグランド面１０５との間隔を大きくすることができ、作製上のトレランスが大きいという利点がある。
【００２７】
図１２に、本発明の第３の実施形態にかかる高速信号線の構成を示す。図１０に示した高速信号線１０２を９０度折り曲げて、パッケージ１０１の側面にも形成した。
【００２８】
図１３に、本発明の第４の実施形態にかかる高速信号線の構成を示す。図１１に示したグランデッドコプレーナ線路を構成する高速信号線１０２とグランド面１０５とを、９０度折り曲げて、パッケージ１０１の側面にも形成した。
【００２９】
図１４に、本発明の第５の実施形態にかかる高速信号線の構成を示す。図１０に示した高速信号線１０２を任意の角度で折り曲げて、パッケージ１０１の傾斜面にも形成した。
【００３０】
図１５に、本発明の第６の実施形態にかかる高速信号線の構成を示す。図１１に示したグランデッドコプレーナ線路を構成する高速信号線１０２とグランド面１０５とを、任意の角度で折り曲げて、パッケージ１０１の傾斜面にも形成した。第３〜６の実施形態の高速信号線は、実装基板上に搭載された電子デバイスとの接続を容易にするために、光送受信モジュールの入出力部を、パッケージ１０１の搭載面、すなわち底面に配置する。このとき、折り曲げた面に形成された高速信号線１０２に対するグランド面１０４が、掘り込み１０３の内面に形成されている。
【００３１】
上述した高速信号線１０２を有するパッケージは、例えば、プラスチック等の樹脂を用いた射出成形により、３次元的な回路形成を行うＭＩＤ（Ｍｏｌｄｅｄ　Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ）技術を適用することにより、容易にかつ低価格に作製することができる。ＭＩＤ技術の詳細は、例えば、伊藤亮、「応用が進む三次元成形回路（ＭＩＤ）技術と成果」、日刊工業新聞社　表面実装技術、ｐｐ．６５−７０、Ｎｏ．１１、Ｖｏｌ．６，　１９９６年、特開２０００−８０４８０号公報、特開２００１−１６４３７４号公報または特願平１１−３６３３３６号明細書に開示されている。
【００３２】
［第１の実施例］
図１６に、本発明の高速信号線を適用した第１の実施例の構成を示す。第１の実施例は、高速信号増幅モジュールであり、プラスチック製基板２０１上に１０ＧＨｚ以上の高周波帯域を有する高速信号増幅器ＩＣ２０２を搭載している。高速信号増幅器ＩＣ２０２に対する信号入出力用の高速信号線２０３ａ，２０３ｂとして、プラスチック製基板２０１上にマイクロストリップ線路が形成されている。高速信号増幅器ＩＣ２０２は、電極パターンの形成された面を下にして、プラスチック製基板２０１上に形成された電極パッド２０５上に、ハンダバンプを用いてベアチップ搭載されている。高速信号線２０３ａ，２０３ｂの両端には、ＳＭＡ型高周波コネクタ２０４ａ，２０４ｂが取り付けられ、高速信号増幅器ＩＣ２０２の入力信号強度と出力信号強度の比である利得特性を測定することができる。
【００３３】
プラスチック製基板２０１の底面、高速信号線２０３の下部には掘り込み２０６が形成されている。掘り込み２０６の壁面には、導電性の金属メッキにより、高速信号線２０３ａ，２０３ｂのインピーダンスが５０Ωになるように、グランド面２０７が形成されている。掘り込み２０６を有するプラスチック製基板２０１は、ＭＩＤ技術、または切削加工により容易に作製することができる。また、高速信号増幅器ＩＣ２０２は、湿気等から素子を保護するために封止用樹脂２０８により、チップ全体が封止されている。
【００３４】
図１７（ａ）に、第１の実施例の断面図を示す。高速信号線２０３ａ，２０３ｂは、上部が空気の部分と封止用樹脂２０８で覆われた部分とに分かれる。そこで、封止用樹脂２０８で覆われた部分における特性インピーダンスが、空気の部分における特性インピーダンスと等しくなるように、掘り込み２０６の深さを変えて、グランド面２０７を形成している。図１７（ｂ）に、高速信号線２０３ａ，２０３ｂの特性インピーダンスを示す。封止用樹脂２０８で覆われた部分と上部が空気の部分とで、特性インピーダンスが等しいことを示している。
【００３５】
図１８に、第１の実施例における高速信号増幅器ＩＣの利得の周波数特性を示す。高速信号増幅器ＩＣ２０２の周波数特性は、高速信号線２０３ａ，２０３ｂが途中から封止用樹脂２０８で覆われているにもかかわらず、電気的な反射の影響等が見られない。３ｄＢ周波数応答帯域は、１２ＧＨｚであり、１０ＧＨｚ以上の良好な周波数特性が得られている。
【００３６】
図１９に、第１の実施例と比較するために作製した第１の比較例の構成を示す。図１６に示した高速信号増幅モジュールと形状、寸法、高速信号増幅器ＩＣ２０２、高速信号線２０３ａ，２０３ｂ、ＳＭＡ型高周波コネクタ２０４ａ，２０４ｂおよび電極パッド２０５は、同等のものを使用した。基板は、従来の高速モジュールに用いられているセラミック製基板２１１であり、内部にグランド面２１２を配置している。
【００３７】
図２０（ａ）に、第１の比較例の断面図を示す。セラミック製基板２１１は、複数のセラミック板を重ね合わせて焼結することにより形成されている。高速信号線２０３ａ，２０３ｂの下部に配置されるグランド面２１２は、多層化したセラミック板の最上層の下部に形成されている。このような構成では、図１７に示したように、高速信号線２０３ａ，２０３ｂの途中でグランド面２１２の位置を変えること、すなわち高速信号線２０３ａ，２０３ｂとグランド面２１２との距離を変更することは困難である。
【００３８】
図２０（ｂ）に、高速信号線２０３ａ，２０３ｂの特性インピーダンスを示す。高速信号線２０３ａ，２０３ｂが途中から封止用樹脂２０８で覆われている場合には、特性インピーダンスが途中で変化するので、入力信号および出力信号の劣化が予想される。そこで、封止用樹脂２０８で覆われた部分の高速信号線２０３ａ，２０３ｂの幅を細くするという対策が講じられる。しかしながら、高速信号線２０３ａ，２０３ｂにおける信号損失の増加を招いたり、高速信号増幅器ＩＣ２０２を搭載するためのハンダバンブ寸法との整合性が悪くなるという問題を有している。
【００３９】
図２１に、第１の比較例における高速信号増幅器ＩＣの利得の周波数特性を示す。図１９示した高速信号増幅器ＩＣ２０２の周波数特性である。図１８と比較すると、高速信号線２０３ａ，２０３ｂにおける特性インピーダンスの不整合により、電気的な反射等が生じ、１．８ＧＨｚ付近に大きなリップルが生じている。これにより、平坦な周波数特性は、２ＧＨｚ程度までとなり、周波数特性が劣化していることがわかる。
【００４０】
［第２の実施例］
図２２に、本発明の高速信号線を適用した第２の実施例の構成を示す。第２の実施例は、高速光受信モジュールである。高速光受信モジュールは、光ファイバと半導体受光素子であるフォトダイオードとを光学的に接続し、光信号を電気信号に変換する。高速光受信モジュールの外殻は、ＭＩＤ技術により作製されたプラスチック製パッケージ３０１である。プラスチック製パッケージ３０１上には、光ファイバ素線を固定するためのＶ溝状に加工されたガイドを有するガラス製Ｖ溝基板３０２が搭載され、光ファィバ３０６とフォトダイオード３０３とを光学的に接続している。また、プラスチック製パッケージ３０１上には、電気信号を増幅して出力するためのプリアンプＩＣ３０４が搭載されている。
【００４１】
プリアンプＩＣ３０４から出力された電気信号は、プラスチック製パッケージ３０１上に形成された高速信号線３０７を介して外部に出力される。フォトダイオード３０３とプリアンプＩＣ３０４と高速信号線３０７とは、それぞれボンディングワイヤにより電気的に接続されている。
【００４２】
光受信モジュールは、信頼性の確保を目的として、プラスチック製パッケージ３０１上に搭載されたガラス製Ｖ溝基板３０２、光ファイバ３０６、フォトダイオード３０３およびプリアンプＩＣ３０４を樹脂により封止するため、プラスチック製パッケージ３０１の周囲を塀で取り囲んだ構造を有している。従って、高速信号線３０７は、インピーダンスを一定に保ったまま、一旦塀の上部まで引き上げられ、さらに、他の搭載基板の配線に接続できるように、底面まで引き下げられた構造となっている。
【００４３】
図２３（ａ）に第２の実施例の上面図を示し、（ｂ）に第２の実施例の断面図を示す。高速信号線３０７ａ，３０７ｂの両側には、所定の間隔を隔てた位置にグランド面３０８ａ〜３０８ｃを配置している。プラスチック製パッケージ３０１の底面側には、掘り込み３０９を形成した。掘り込み３０９の内壁面には、金属膜をメッキにより付着させることにより、高速信号線３０７ａ，３０７ｂの下部にもグランド面３１０を配置し、グランデッドコプレーナ線路を構成した。
【００４４】
図２４に、第２の実施例の高速光受信モジュールを樹脂で封止した場合を示す。プラスチック製パッケージ３０１の塀の内部に、シリコン樹脂３１１を注入して、搭載されているフォトダイオード３０３、プリアンプＩＣ３０４などを封止する。このとき、プラスチック製パッケージ３０１の内側では、高速信号線３０７の上部は、シリコン樹脂３１１で覆われ、プラスチック製パッケージ３０１の外側では、高速信号線３０７の上部の上部は空気となっている。
【００４５】
シリコン樹脂３１１は、誘電率が空気より大きいために、その境界付近でインピーダンスの急激な変化が生じる。そこで、インピーダンスの変化を極力小さく抑えるために、プラスチック製パッケージ３０１の内側では、高速信号線３０７の折り曲げ角度を９０°より大きくしている。このことは、同時に、折れ曲がり部分における電磁界の放射を小さく抑えることができるという効果もある。さらに、プラスチック製パッケージ３０１の内側と外側とにおいて、高速信号線３０７のインピーダンスを同一にするために、掘り込み３０９により形成されたグランド面３１０と高速信号線３０７との距離（ｈ１，ｈ２）を変えて作製した。
【００４６】
図２５に、第２の実施例の高速光受信モジュールの周波数応答特性を示す。高速光受信モジュールをシリコーン樹脂３１１で封止し、平均光パワー０．１ｍＷの光を入射した場合の、周波数応答特性の測定結果である。この結果から、高速信号線３０７におけるインピーダンスの不整合による周波数応答特性上の乱れ、電気的な共振によるピークなどが見られず、良好な周波数応答特性が確認された。ここで、１０ＧＨｚ以上の周波数帯域において、周波数応答特性が悪くなるのは、プリアンプＩＣ３０４の帯域により制限を受けているためである。
【００４７】
図２６に、第２の実施例と比較するために作製した第２の比較例の構成を示す。比較のために、図２２に示した高速光受信モジュールと、形状、寸法、フォトダイオード３０３、プリアンプＩＣ３０４、高速信号線３０７および電極パターンが同等の比較モジュールを作製した。比較モジュールには、プラスチック製パッケージ３０１の底面に形成された掘り込み３０９を有していない。
【００４８】
図２７に、第２の比較例における高速光受信モジュールの周波数応答特性を示す。平均光パワー０．１ｍＷの光を、比較モジュールに入射させた場合の周波数応答特性の測定結果である。この結果では、高速信号線３０７におけるインピーダンスの不整合により、電気的な反射や共振が発生し、平坦な周波数応答特性は、１．２ＧＨｚ程度までしか得られていない。
【００４９】
図２８に、第３の比較例における高速光受信モジュールの周波数応答特性を示す。比較のために、図８に示した高速光受信モジュールと同一の構成であり、図２２に示した高速光受信モジュールと、フォトダイオード３０３およびプリアンプＩＣ３０４が同等の比較モジュールを作製した。比較モジュールは、プラスチック製パッケージ５１と同等の構造を有し、同等の作製方法を用いた。ここでは、インピーダンスの不整合の影響がさらに大きく現れ、平坦な周波数応答特性としては、１ＧＨｚ以下の特性であった。
【００５０】
本実施形態においては、高速信号線の構成を、プラスチック製パッケージに適用した場合を例にとって説明したが、セラミック、金属等の他の材料からなるパッケージに適用した場合でも有効である。また、ＭＩＤ技術を適用して作製されたプラスチック製パッケージを用いたが、切削加工やトランスファーモールド成形技術等の他の技術を用いて作製されたものを用いてもよい。
【００５１】
本実施形態によれば、高速信号線の配置された面と反対側の面に、メッキまたは蒸着により金属薄膜を付着させることにより、簡易に所定のインピーダンスを持った高速信号線を形成することができる。従って、従来のように、誘電性の薄板を多層に積層する必要がない。特に、従来、高速信号線を折り曲げる際に用いられていた複数のスルーホールを、信号線の周囲に設置する必要がない。
【００５２】
また、図１０〜図１３に示したように、高速信号線が折れ曲がった場合でも、インピーダンスを一定に保つことができる。さらに、パッケージに掘り込みを１箇所形成しておくだけであり、折り曲がりのない場合と比較して工程数が増えることはない。
【００５３】
一方、従来のスルーホールを用いる方法では、高速信号線の折り曲げは、９０度の方向にしかできなかった。本実施形態によれば、図１４、図１５に示したように、折り曲げの角度を任意に形成することができるので、折れ曲がり部での電磁界の放射損失を減らすことができ、高周波帯域での周波数特性をよくすることができる。
【００５４】
さらに、掘り込み部の形状は任意に設定できるため、高速信号線と掘り込みにより形成されたグランド面との間隔を徐々に変化させることも可能であり、高速信号線が途中まで樹脂等の誘電率の異なる媒質で覆われたような場合でも、媒質の境界において生じる信号線のインピーダンスの不整合を小さく抑えることができるという利点もある。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板を堀り込んで、掘り込みの内面に電気的基準面を形成することにより、高速信号線が所定のインピーダンスを有するように構成したので、高速の電気信号を入出力するパッケージにおいて、短時間かつ低価格に作製することができ、高周波領域まで良好な周波数特性を有する高速信号線を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の高速光送受信モジュールに用いられているマイクロストリップ線路を示す斜視図である。
【図２】従来の高速光送受信モジュールに用いられているコプレーナ線路を示す斜視図である。
【図３】従来の高速光送受信モジュールに用いられているグランデッドコプレーナ線路を示す斜視図である。
【図４】従来の高速光受信モジュールの第１例を示す斜視図である。
【図５】従来の高速光受信モジュールの第１例における高速信号線の詳細を示す構成図である。
【図６】従来の高速光送信モジュールを示す斜視図である。
【図７】従来の高速光送信モジュールにおける高速信号線の詳細を示す構成図である。
【図８】従来の高速光受信モジュールの第２例を示す斜視図である。
【図９】従来の高速光受信モジュールの第２例における高速信号線の詳細を示す構成図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態にかかる高速信号線の構成を示した斜視図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態にかかる高速信号線の構成を示した斜視図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態にかかる高速信号線の構成を示した斜視図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態にかかる高速信号線の構成を示した斜視図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態にかかる高速信号線の構成を示した斜視図である。
【図１５】本発明の第６の実施形態にかかる高速信号線の構成を示した斜視図である。
【図１６】本発明の高速信号線を適用した第１の実施例の構成を示す斜視図である。
【図１７】（ａ）は、本発明の高速信号線を適用した第１の実施例の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、特性インピーダンスを示す図である。
【図１８】第１の実施例における高速信号増幅器ＩＣの利得の周波数特性を示す図である。
【図１９】第１の実施例と比較するために作製した第１の比較例の構成を示す斜視図である。
【図２０】（ａ）は、第１の比較例の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、特性インピーダンスを示す図である。
【図２１】第１の比較例における高速信号増幅器ＩＣの利得の周波数特性を示す図である。
【図２２】本発明の高速信号線を適用した第２の実施例の構成を示す斜視図である。
【図２３】（ａ）は、本発明の高速信号線を適用した第２の実施例の構成を示す上面図であり、（ｂ）は、断面図である。
【図２４】第２の実施例の高速光受信モジュールを樹脂で封止した場合の断面図である。
【図２５】第２の実施例の高速光受信モジュールの周波数応答特性を示す図である。
【図２６】第２の実施例と比較するために作製した第２の比較例の構成を示す断面図である。
【図２７】第２の比較例における高速光受信モジュールの周波数応答特性を示す図である。
【図２８】第３の比較例における高速光受信モジュールの周波数応答特性を示す図である。
【符号の説明】
１１　　誘電体
１２，２８，４８，５８，１０２，２０３，３０７　　高速信号線
１３，１４，２９，４７，１０４，１０５，２０７，２１２，３０８，３１０　グランド面
２１，４１　　セラミック製パッケージ
２２，４２，５２　　リード
２３，５２，３０３　　フォトダイオード（ＰＤ）
２４，５４，３０４　　プリアンプＩＣ
２５，４５　　レンズホルダー
２６，５６，３０６　　光ファイバ
２７　　高周波コネクタ
３０，４６　　スルーホール
４３　　レーザダイオード
４４　　配線板
５１，３０１　　プラスチック製パッケージ
５７　　実装基板
１０１　　パッケージ
１０３，２０６，３０９　　掘り込み
２０１　　プラスチック製基板
２０２　　高速信号増幅器ＩＣ
２０４　　ＳＭＡ型高周波コネクタ
２０５　　電極パッド
２０８　　封止用樹脂
２１１　　セラミック製基板
３０２　　ガラス製Ｖ溝基板
３０５　　フェルール
３１１　　シリコーン樹脂[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-speed signal line, and more particularly, to a high-speed signal line for inputting and outputting a high-speed electric signal in a package used for a high-speed optical transceiver module used in the fields of optical communication and optical information processing.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, a rapid increase in demand for data communication has actively promoted high-speed and broadband optical networks. In addition to the trunk line network centered on the conventional telephone network, high-speed is required not only in a backbone network such as a WAN (Wide Area Network), a MAN (Metropolitan Area Network) or a LAN (Local Area Network) but also in a highly economical network. Is accelerating. Under such circumstances, cost reduction of a high-speed optical transceiver module having a transmission speed exceeding 10 Gb / s is strongly demanded.
[0003]
Conventionally, high-speed optical transceiver modules having a transmission speed exceeding 1 Gb / s have been manufactured using a package made of ceramic or metal. 1 to 3 show the configuration of a typical high-speed signal line used in a conventional high-speed optical transmission / reception module. The microstrip line shown in FIG. 1 has a high-speed signal line 12 formed on a dielectric 11 and a ground plane 13 serving as an electrical reference plane formed of a metal thin film inside the dielectrics 11a and 11b. It is composed of There is a problem that a ground plane needs to be provided inside the dielectric, and the number of manufacturing steps increases.
[0004]
The coplanar line shown in FIG. 2 includes a high-speed signal line 12 formed on a dielectric 11, and ground planes 14a and 14b formed on both sides of the high-speed signal line 12 and serving as electric reference planes. I have. Compared with a microstrip line, there is no need to provide a ground plane inside the dielectric, so that the number of steps in the fabrication is small. However, in order to form the high-speed signal line 12 having a predetermined impedance, it is necessary to increase the width of the high-speed signal line 12 or to reduce the interval between the high-speed signal line 12 and the ground planes 14a and 14b. There are problems such as the need for an area and the need for high processing accuracy.
[0005]
The grounded coplanar line shown in FIG. 3 includes a high-speed signal line 12 formed on a dielectric 11, a ground plane 13 formed of a metal thin film inside dielectrics 11 a and 11 b, and a high-speed signal line 12. And ground planes 14a and 14b formed on both sides of the base. Although there are few problems in manufacturing such as coplanar lines, there is a problem that the number of manufacturing steps increases as in the case of microstrip lines.
[0006]
FIG. 4 shows a first example of a conventional high-speed optical receiving module. A high-speed optical receiving module that operates at a transmission speed of 1 Gb / s or more uses a butterfly-type metal or ceramic package that is widely used at present. In the optical receiving module, a photodiode 23 and a bare-chip preamplifier IC 24 are mounted on a ceramic package 21 having a metal lead 22 attached to a side surface. A lens holder 25 that accommodates a lens and is connected to an optical fiber 26 is provided on the front surface of the optical receiving module, and a high-frequency connector 27 that outputs an electric signal is provided on the rear surface.
[0007]
The optical signal sent through the optical fiber 26 is received by the photodiode 23 via the lens. The photodiode 23 converts an optical signal into an electric signal and inputs the electric signal to the preamplifier IC 24 via a bonding wire. The electric signal amplified by the preamplifier IC 24 is output from the optical receiving module via a bonding wire, a high-speed signal line 28 formed on the ceramic package 21, and a high-frequency connector 27.
[0008]
The high-speed signal line 28 is formed by a microstrip line, and a ground plane 29 is inserted into the ceramic package 21 below the high-speed signal line 28. The interval between the high-speed signal line 28 and the ground plane 29 is kept constant so as to have a predetermined line impedance, for example, 50Ω. The ground surface 29 is formed by plating a metal material having conductivity, such as gold or aluminum. The ground surface 29 is electrically connected to the side surface or the bottom surface of the ceramic package 21 plated with a conductive material. For electrical connection, a plurality of through holes 30 are provided between the ground plane 29 and the bottom of the package. The through holes 30 realize electrical connection by plating the side walls with a conductive material or embedding the sidewalls with a conductive material.
[0009]
FIG. 5 shows details of a high-speed signal line in a first example of a conventional high-speed optical receiving module. With the configuration of the high-speed signal line 28 and the ground plane 29, the line impedance can be matched with the characteristic impedance of the high-frequency connector 27. As a result, good frequency characteristics can be obtained, but since the signal output is in the form of a connector, it is difficult to electrically connect to electronic devices such as post-amplifiers and logic elements mounted on the mounting board. There is a disadvantage that.
[0010]
FIG. 6 shows a conventional high-speed optical transmission module. The high-speed optical transmission module uses a surface-mount ceramic package 41 that can be mounted on a circuit board without cutting out the circuit board or bending the leads. In the optical transmission module, a metal lead 42 is attached to a bottom surface of a ceramic package 41, and a laser diode 43 and a wiring board 44 are mounted. On the front surface of the optical transmission module, a lens holder 45 that accommodates a lens and is connected to an optical fiber is provided.
[0011]
The leads 42 and the wiring inside the ceramic package 41 are electrically connected by through holes 46. The through hole 46 realizes electrical connection by plating the side wall with a conductive material or embedding the inside with a conductive material. Among the leads 42 attached to the bottom surface of the ceramic package 41, a lead 42c used for input / output of a high-speed electric signal constitutes a coplanar line. The distance between the adjacent leads 42d and 42e is set so as to be a predetermined line impedance, for example, 50Ω.
[0012]
The wiring board 44 of the ceramic package 41 is a ceramic wiring board on which microstrip lines are formed. The electric signal input from the lead 42c constituting the coplanar line is transmitted to the laser diode 43 via the through hole 46, the bonding wire, the microstrip line on the wiring board 44, and the bonding wire.
[0013]
FIG. 7 shows details of a high-speed signal line in a conventional high-speed optical transmission module. In this configuration, the high-speed signal line 48 of the microstrip line in the wiring board 44 and the high-speed signal line of the coplanar line formed of the leads 42c to 42e are connected by through holes. The high-speed signal line 48 is impedance-matched by surrounding it with a plurality of through holes 46 connected to a ground plane 47. This facilitates connection with the electronic device mounted on the mounting board, and obtains good frequency characteristics.
[0014]
FIG. 8 shows a second example of a conventional high-speed optical receiving module. The high-speed optical receiving module uses a plastic package developed for cost reduction. The plastic package 51 is generally called a mini-DIL (Dual-In-Line) type, and is manufactured using a transfer molding technique. The plastic package 51 has a simple structure in which a metal lead 52 and a metal stage on which a photodiode 53 and a preamplifier IC 54 are mounted are sandwiched between plastic materials (resin). The optical receiving module can be mounted on the mounting board 57 by bending the lead 52 protruding from the plastic package 51 as shown in FIG.
[0015]
FIG. 9 shows details of a high-speed signal line in a second example of the conventional high-speed optical receiving module. The high-speed signal line 58 in the second example can be easily manufactured at a low cost and can be easily connected to an electronic device mounted on a mounting board, as compared with the high-speed signal line shown in FIGS. It is. On the other hand, it is difficult to arrange a ground plane below or around the high-speed signal line 58 in order to maintain a predetermined impedance. Therefore, it is difficult to obtain good frequency characteristics in a high frequency region exceeding 1 GHz.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
The high-speed signal lines shown in FIGS. 5 and 7 have a constant line impedance and are easy to obtain good frequency characteristics. However, at the time of fabrication, several layers of ceramic thin plates must be stacked and sintered, and it is necessary to provide a plurality of through holes. There was a problem.
[0017]
Since the high-speed signal line shown in FIG. 9 can be manufactured simply by sandwiching a metal lead between plastic materials, there is an advantage that the high-speed signal line can be manufactured in a short time and at low cost, but in a frequency range exceeding 1 GHz. There was a problem that it was difficult to obtain good frequency characteristics.
[0018]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a package for inputting and outputting a high-speed electric signal, which can be manufactured in a short time and at a low price, and also in a high-frequency region. An object of the present invention is to provide a high-speed signal line capable of obtaining good frequency characteristics.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention according to claim 1, wherein one or a plurality of conductive thin film signal wirings are formed on one surface of an electrically insulating substrate, and the other of the substrate is In the high-speed signal line in which a thin-film electrical reference surface having conductivity is formed on the surface, the other surface is dug in the direction of the one surface to form the electrical reference surface, The high-speed signal line is configured to have a predetermined impedance.
[0020]
According to this configuration, the substrate is dug, and the electrical reference plane is formed on the inner surface of the dug, so that the high-speed signal line is configured to have a predetermined impedance. High-speed signal lines can be easily formed without stacking.
[0021]
The invention according to claim 2 is that the other surface according to claim 1 is dug so that the high-speed signal line has a predetermined impedance in accordance with unevenness or bending of the one surface. It is characterized by.
[0022]
According to a third aspect of the present invention, the high-speed signal line according to the first or second aspect is a microstrip line configured to have a predetermined impedance.
[0023]
According to a fourth aspect of the present invention, an electrical reference surface is formed at a predetermined distance on both sides of the signal wiring on the one surface according to the first or second aspect.
[0024]
The invention according to claim 5 is characterized in that the high-speed signal line according to claim 4 is a grounded coplanar line configured to have a predetermined impedance.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 10 shows a configuration of a high-speed signal line according to the first embodiment of the present invention. A high-speed signal line 102 is formed on one surface of a package 101 made of a dielectric material such as ceramic or an insulating material such as plastic. A surface parallel to the high-speed signal line 102 is formed by digging a package 103 from the surface opposite to the surface on which the high-speed signal line 102 is formed. A ground surface 104 serving as an electrical reference surface for generating a predetermined impedance on the high-speed signal line 102 is formed on the inner surface of the digging 103 by attaching a metal thin film by plating or vapor deposition.
[0026]
FIG. 11 shows a configuration of a high-speed signal line according to the second embodiment of the present invention. The ground plane 105 was also arranged on the surface on which the high-speed signal line 102 shown in FIG. 10 was formed to form a grounded coplanar line. Compared to a simple coplanar line in which no ground plane is provided below the high-speed signal line 102, the distance between the high-speed signal line 102 and the ground planes 105 on both sides thereof can be increased, and the tolerance in manufacturing is large. There is.
[0027]
FIG. 12 shows a configuration of a high-speed signal line according to the third embodiment of the present invention. The high-speed signal line 102 shown in FIG.
[0028]
FIG. 13 shows a configuration of a high-speed signal line according to the fourth embodiment of the present invention. The high-speed signal line 102 and the ground plane 105 constituting the grounded coplanar line shown in FIG. 11 were bent at 90 degrees and formed on the side surface of the package 101.
[0029]
FIG. 14 shows a configuration of a high-speed signal line according to the fifth embodiment of the present invention. The high-speed signal line 102 shown in FIG. 10 was bent at an arbitrary angle and formed on the inclined surface of the package 101.
[0030]
FIG. 15 shows a configuration of a high-speed signal line according to the sixth embodiment of the present invention. The high-speed signal line 102 and the ground plane 105 constituting the grounded coplanar line shown in FIG. 11 were bent at an arbitrary angle to form an inclined surface of the package 101. The high-speed signal lines of the third to sixth embodiments are arranged such that the input / output unit of the optical transceiver module is mounted on the mounting surface of the package 101, that is, on the bottom surface, in order to facilitate connection with an electronic device mounted on the mounting board. Deploy. At this time, the ground surface 104 for the high-speed signal line 102 formed on the bent surface is formed on the inner surface of the dug 103.
[0031]
The package having the high-speed signal line 102 described above can be easily and inexpensively manufactured by applying MID (Molded Interconnection Device) technology for forming a three-dimensional circuit by injection molding using a resin such as plastic. Can be manufactured. For details of the MID technology, see, for example, Ryo Ito, “Three-dimensional Molded Circuit (MID) Technology and Achievements with Advanced Applications”, Nikkan Kogyo Shimbun, Inc. 65-70, no. 11, Vol. 6, 1996, JP-A-2000-80480, JP-A-2001-164374 or Japanese Patent Application No. 11-363336.
[0032]
[First Embodiment]
FIG. 16 shows the configuration of the first embodiment to which the high-speed signal line of the present invention is applied. The first embodiment is a high-speed signal amplification module, in which a high-speed signal amplifier IC 202 having a high-frequency band of 10 GHz or more is mounted on a plastic substrate 201. Microstrip lines are formed on a plastic substrate 201 as high-speed signal lines 203a and 203b for inputting and outputting signals to and from a high-speed signal amplifier IC 202. The high-speed signal amplifier IC 202 is mounted on an electrode pad 205 formed on a plastic substrate 201 with the surface on which the electrode pattern is formed facing down by using a bare chip by using solder bumps. SMA type high-frequency connectors 204a and 204b are attached to both ends of the high-speed signal lines 203a and 203b, respectively, so that a gain characteristic, which is a ratio of the input signal strength and the output signal strength of the high-speed signal amplifier IC 202, can be measured.
[0033]
A dug 206 is formed on the bottom of the plastic substrate 201 and below the high-speed signal line 203. A ground surface 207 is formed on the wall surface of the dug 206 by conductive metal plating so that the impedance of the high-speed signal lines 203a and 203b becomes 50Ω. The plastic substrate 201 having the dug 206 can be easily manufactured by MID technology or cutting. In addition, the entire chip of the high-speed signal amplifier IC 202 is sealed with a sealing resin 208 to protect the element from moisture and the like.
[0034]
FIG. 17A is a sectional view of the first embodiment. Each of the high-speed signal lines 203a and 203b is divided into an air portion and a portion covered with the sealing resin 208. Therefore, the ground surface 207 is formed by changing the depth of the digging 206 so that the characteristic impedance in the portion covered with the sealing resin 208 is equal to the characteristic impedance in the air portion. FIG. 17B shows the characteristic impedance of the high-speed signal lines 203a and 203b. This indicates that the characteristic impedance is equal between the portion covered with the sealing resin 208 and the upper portion with air.
[0035]
FIG. 18 shows the frequency characteristics of the gain of the high-speed signal amplifier IC in the first embodiment. Regarding the frequency characteristics of the high-speed signal amplifier IC 202, no influence of electrical reflection or the like is observed even though the high-speed signal lines 203a and 203b are covered with the sealing resin 208 from the middle. The 3 dB frequency response band is 12 GHz, and good frequency characteristics of 10 GHz or more are obtained.
[0036]
FIG. 19 shows a configuration of a first comparative example manufactured for comparison with the first example. The same high-speed signal amplifier module as shown in FIG. 16 was used for the shape, dimensions, high-speed signal amplifier IC 202, high-speed signal lines 203a and 203b, SMA high-frequency connectors 204a and 204b, and electrode pad 205. The substrate is a ceramic substrate 211 used for a conventional high-speed module, and has a ground plane 212 disposed therein.
[0037]
FIG. 20A shows a cross-sectional view of the first comparative example. The ceramic substrate 211 is formed by stacking and sintering a plurality of ceramic plates. The ground plane 212 disposed below the high-speed signal lines 203a and 203b is formed below the uppermost layer of the multilayer ceramic plate. In such a configuration, as shown in FIG. 17, the position of the ground plane 212 is changed in the middle of the high-speed signal lines 203a and 203b, that is, the distance between the high-speed signal lines 203a and 203b and the ground plane 212 is changed. It is difficult.
[0038]
FIG. 20B shows the characteristic impedance of the high-speed signal lines 203a and 203b. When the high-speed signal lines 203a and 203b are covered with the sealing resin 208 in the middle, the characteristic impedance changes in the middle, so that the input signal and the output signal are expected to deteriorate. Therefore, measures are taken to reduce the width of the high-speed signal lines 203a and 203b in the portion covered with the sealing resin 208. However, there is a problem that the signal loss in the high-speed signal lines 203a and 203b is increased and that the matching with the solder bump size for mounting the high-speed signal amplifier IC 202 is deteriorated.
[0039]
FIG. 21 shows the frequency characteristics of the gain of the high-speed signal amplifier IC in the first comparative example. 20 is a frequency characteristic of the high-speed signal amplifier IC 202 shown in FIG. Compared to FIG. 18, due to mismatching of characteristic impedances in the high-speed signal lines 203a and 203b, electrical reflection and the like occur, and a large ripple occurs around 1.8 GHz. As a result, the flat frequency characteristic is up to about 2 GHz, which indicates that the frequency characteristic is degraded.
[0040]
[Second embodiment]
FIG. 22 shows the configuration of a second embodiment to which the high-speed signal line of the present invention is applied. The second embodiment is a high-speed optical receiving module. The high-speed optical receiving module optically connects an optical fiber and a photodiode as a semiconductor light receiving element, and converts an optical signal into an electric signal. The outer shell of the high-speed optical receiving module is a plastic package 301 manufactured by MID technology. A glass V-groove substrate 302 having a V-groove processed guide for fixing an optical fiber is mounted on a plastic package 301, and optical fiber 306 and photodiode 303 are optically connected. are doing. A preamplifier IC 304 for amplifying and outputting an electric signal is mounted on the plastic package 301.
[0041]
The electric signal output from the preamplifier IC 304 is output to the outside via a high-speed signal line 307 formed on the plastic package 301. The photodiode 303, the preamplifier IC 304, and the high-speed signal line 307 are electrically connected by bonding wires.
[0042]
The optical receiving module is made of a plastic package in order to seal the glass V-groove substrate 302, optical fiber 306, photodiode 303 and preamplifier IC 304 mounted on the plastic package 301 with resin for the purpose of ensuring reliability. It has a structure in which the periphery of 301 is surrounded by a fence. Accordingly, the high-speed signal line 307 has a structure in which the impedance is kept constant and is once pulled up to the top of the fence, and further lowered to the bottom so that it can be connected to the wiring of another mounting board.
[0043]
FIG. 23A shows a top view of the second embodiment, and FIG. 23B shows a cross-sectional view of the second embodiment. On both sides of the high-speed signal lines 307a and 307b, ground planes 308a to 308c are arranged at predetermined intervals. A dug 309 is formed on the bottom side of the plastic package 301. By attaching a metal film to the inner wall surface of the dug 309 by plating, a ground plane 310 is also arranged below the high-speed signal lines 307a and 307b to form a grounded coplanar line.
[0044]
FIG. 24 shows a case where the high-speed optical receiving module of the second embodiment is sealed with resin. Silicon resin 311 is injected into the inside of the wall of the plastic package 301 to seal the mounted photodiode 303, preamplifier IC 304, and the like. At this time, inside the plastic package 301, the upper part of the high-speed signal line 307 is covered with the silicon resin 311. Outside the plastic package 301, the upper part of the upper part of the high-speed signal line 307 is air.
[0045]
Since the silicon resin 311 has a higher dielectric constant than air, a sharp change in impedance occurs near the boundary. Therefore, in order to minimize the change in impedance, the bending angle of the high-speed signal line 307 is set to be larger than 90 ° inside the plastic package 301. This also has the effect that the radiation of the electromagnetic field in the bent portion can be suppressed at the same time. Furthermore, in order to make the impedance of the high-speed signal line 307 the same inside and outside the plastic package 301, the distance (h1, h2) between the ground plane 310 formed by the dug 309 and the high-speed signal line 307 is set. Made by changing.
[0046]
FIG. 25 shows the frequency response characteristics of the high-speed optical receiving module according to the second embodiment. It is a measurement result of a frequency response characteristic when a high-speed optical receiving module is sealed with a silicone resin 311 and light having an average optical power of 0.1 mW is incident. From these results, no disturbance in the frequency response characteristics due to impedance mismatch in the high-speed signal line 307, no peak due to electrical resonance, and the like were observed, and favorable frequency response characteristics were confirmed. Here, in the frequency band of 10 GHz or more, the frequency response characteristic deteriorates because the band is restricted by the preamplifier IC 304.
[0047]
FIG. 26 shows a configuration of a second comparative example manufactured for comparison with the second example. For comparison, a comparison module having the same shape, dimensions, photodiode 303, preamplifier IC 304, high-speed signal line 307, and electrode pattern as the high-speed optical reception module shown in FIG. The comparison module does not have the dug 309 formed on the bottom surface of the plastic package 301.
[0048]
FIG. 27 shows a frequency response characteristic of the high-speed optical receiving module in the second comparative example. It is a measurement result of a frequency response characteristic when light having an average light power of 0.1 mW is incident on a comparison module. According to this result, electrical reflection and resonance occur due to impedance mismatch in the high-speed signal line 307, and a flat frequency response characteristic is obtained only up to about 1.2 GHz.
[0049]
FIG. 28 shows a frequency response characteristic of the high-speed optical receiving module in the third comparative example. For comparison, a comparative module having the same configuration as the high-speed optical receiver module shown in FIG. 8 and having the same configuration as the high-speed optical receiver module shown in FIG. The comparative module has the same structure as that of the plastic package 51, and uses the same manufacturing method. Here, the influence of the impedance mismatch appears even more, and a flat frequency response characteristic is 1 GHz or less.
[0050]
In the present embodiment, the case where the configuration of the high-speed signal line is applied to a plastic package is described as an example. However, the present invention is also effective when applied to a package made of another material such as ceramic or metal. Further, although a plastic package manufactured by applying the MID technology is used, a package manufactured by using another technology such as a cutting process or a transfer molding technology may be used.
[0051]
According to the present embodiment, it is possible to easily form a high-speed signal line having a predetermined impedance by depositing a metal thin film by plating or vapor deposition on the surface opposite to the surface on which the high-speed signal line is arranged. it can. Therefore, there is no need to laminate dielectric thin plates in multiple layers as in the related art. In particular, there is no need to install a plurality of through holes conventionally used when bending a high-speed signal line around the signal line.
[0052]
Further, as shown in FIGS. 10 to 13, even when the high-speed signal line is bent, the impedance can be kept constant. Further, only one recess is formed in the package, and the number of steps is not increased as compared with the case where there is no bending.
[0053]
On the other hand, in the conventional method using a through-hole, the high-speed signal line can be bent only in the direction of 90 degrees. According to the present embodiment, as shown in FIG. 14 and FIG. 15, the bending angle can be arbitrarily formed, so that the radiation loss of the electromagnetic field at the bent portion can be reduced, and in the high frequency band, Frequency characteristics can be improved.
[0054]
Furthermore, since the shape of the dug portion can be set arbitrarily, it is possible to gradually change the distance between the high-speed signal line and the ground surface formed by the dug, and the high-speed signal line is partially cut off by a dielectric such as resin. There is also an advantage that even when the medium is covered with media having different rates, the impedance mismatch of the signal line at the boundary between the media can be suppressed to be small.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a high-speed signal line is configured to have a predetermined impedance by digging a substrate and forming an electrical reference plane on the inner surface of the digging, so that a high-speed signal line is provided. In a package for inputting and outputting electrical signals of the above, it is possible to manufacture the package in a short time and at low cost, and to obtain a high-speed signal line having good frequency characteristics up to a high frequency region.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a microstrip line used in a conventional high-speed optical transceiver module.
FIG. 2 is a perspective view showing a coplanar line used in a conventional high-speed optical transceiver module.
FIG. 3 is a perspective view showing a grounded coplanar line used in a conventional high-speed optical transceiver module.
FIG. 4 is a perspective view showing a first example of a conventional high-speed optical receiving module.
FIG. 5 is a configuration diagram showing details of a high-speed signal line in a first example of a conventional high-speed optical receiving module.
FIG. 6 is a perspective view showing a conventional high-speed optical transmission module.
FIG. 7 is a configuration diagram showing details of a high-speed signal line in a conventional high-speed optical transmission module.
FIG. 8 is a perspective view showing a second example of a conventional high-speed optical receiving module.
FIG. 9 is a configuration diagram showing details of a high-speed signal line in a second example of the conventional high-speed optical receiving module.
FIG. 10 is a perspective view showing a configuration of a high-speed signal line according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a perspective view showing a configuration of a high-speed signal line according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a perspective view showing a configuration of a high-speed signal line according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a perspective view showing a configuration of a high-speed signal line according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a perspective view showing a configuration of a high-speed signal line according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a perspective view showing a configuration of a high-speed signal line according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a perspective view showing a configuration of a first embodiment to which the high-speed signal line of the present invention is applied.
17A is a cross-sectional view illustrating a configuration of a first embodiment to which the high-speed signal line of the present invention is applied, and FIG. 17B is a view illustrating characteristic impedance.
FIG. 18 is a diagram illustrating a frequency characteristic of a gain of the high-speed signal amplifier IC in the first embodiment.
FIG. 19 is a perspective view illustrating a configuration of a first comparative example manufactured for comparison with the first example.
20A is a cross-sectional view illustrating a configuration of a first comparative example, and FIG. 20B is a diagram illustrating characteristic impedance.
FIG. 21 is a diagram illustrating a frequency characteristic of a gain of the high-speed signal amplifier IC in the first comparative example.
FIG. 22 is a perspective view showing a configuration of a second embodiment to which the high-speed signal line of the present invention is applied.
FIG. 23A is a top view showing the configuration of a second embodiment to which the high-speed signal line of the present invention is applied, and FIG. 23B is a cross-sectional view.
FIG. 24 is a cross-sectional view when the high-speed optical receiving module of the second embodiment is sealed with a resin.
FIG. 25 is a diagram illustrating frequency response characteristics of the high-speed optical receiving module according to the second embodiment.
FIG. 26 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a second comparative example manufactured for comparison with the second example.
FIG. 27 is a diagram illustrating a frequency response characteristic of the high-speed optical receiving module in the second comparative example.
FIG. 28 is a diagram illustrating a frequency response characteristic of the high-speed optical receiving module in the third comparative example.
[Explanation of symbols]
11 Dielectric
12,28,48,58,102,203,307 High-speed signal line
13, 14, 29, 47, 104, 105, 207, 212, 308, 310 Ground plane
21,41 Ceramic package
22, 42, 52 leads
23, 52, 303 Photodiode (PD)
24, 54, 304 Preamplifier IC
25,45 lens holder
26,56,306 Optical fiber
27 High frequency connector
30, 46 Through hole
43 Laser Diode
44 Wiring board
51,301 Plastic package
57 Mounting board
101 Package
103,206,309
201 Plastic substrate
202 High-speed signal amplifier IC
204 SMA type high frequency connector
205 electrode pad
208 Resin for sealing
211 Ceramic substrate
302 Glass V-groove substrate
305 Ferrule
311 Silicone resin

Claims

電気的に絶縁性を有する基板の一方の面に導電性を有する薄膜状の１または複数の信号配線が形成され、前記基板の他方の面に導電性を有する薄膜状の電気的基準面が形成された高速信号線において、
前記他方の面は、前記一方の面の方向に掘り込まれて前記電気的基準面が形成され、前記高速信号線が所定のインピーダンスを有するように構成されたことを特徴とする高速信号線。One or more conductive thin-film signal wirings are formed on one surface of an electrically insulating substrate, and a conductive thin-film electrical reference surface is formed on the other surface of the substrate. In the high-speed signal line
The high-speed signal line, wherein the other surface is dug in the direction of the one surface to form the electrical reference surface, and the high-speed signal line has a predetermined impedance.

前記他方の面は、前記一方の面の凹凸または折れ曲がりに応じて、前記高速信号線が所定のインピーダンスを有するように掘り込まれたことを特徴とする請求項１に記載の高速信号線。2. The high-speed signal line according to claim 1, wherein the other surface is dug so that the high-speed signal line has a predetermined impedance according to unevenness or bending of the one surface. 3.

前記高速信号線は、所定のインピーダンスを有するように構成されたマイクロストリップ線路であることを特徴とする請求項１または２に記載の高速信号線。The high-speed signal line according to claim 1, wherein the high-speed signal line is a microstrip line configured to have a predetermined impedance.

前記一方の面における前記信号配線の両側に、所定の距離を隔てて、電気的基準面が形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の高速信号線。3. The high-speed signal line according to claim 1, wherein an electrical reference plane is formed at a predetermined distance on both sides of the signal wiring on the one surface.

前記高速信号線は、所定のインピーダンスを有するように構成されたグランデッドコプレーナ線路であることを特徴とする請求項４に記載の高速信号線。The high-speed signal line according to claim 4, wherein the high-speed signal line is a grounded coplanar line configured to have a predetermined impedance.