JP6805923B2 - 光変調器 - Google Patents

Description

本発明は、光変調器に関し、特に、フレキシブル基板を電気インターフェース部に持つ光変調器に関する。

光通信分野において、光変調器を用いた送受信機が利用されている。近年、光伝送システムの小型化要求により、光送受信機モジュール（トランスポンダ）に内蔵される光変調器の電気インターフェース部であるＲＦインターフェース接続についても、短尺化する傾向になっている。

電気インターフェース部の具体例としては、リードピンや、フレキシブル基板（ＦＰＣ；Flexible Printed Circuits）などが、面実装用のインターフェース部として用いられている。これらのインターフェース部は、プッシュオンタイプの同軸コネクタ等の同軸ケーブルに比べ安価であり、トランスポンダ内基板の電気回路へ直接接続できる利点がある。

図１は、光送受信機モジュールを構成する回路基板２上に光変調器１を配置した様子を示している。図１では、短尺化を実現する手段として、フレキシブル基板３が用いられている。
図２は、図１の一点鎖線Ａ−Ａ’における断面を示す図である。光変調器１は、光変調素子４を金属製の筐体１０内に収容し、蓋１１で閉じて気密封止されている。光変調素子４に形成された電極（信号電極及び接地電極）４１は、筐体１０の貫通孔に配置されたリードピン５と、フレキシブル基板３に形成された電気伝送線路（信号電極及び接地電極）３１とを介して、回路基板２の電気回路と電気的に接続される。図２では、フレキシブル基板３上の電気伝送線路３１とリードピン５とは、半田等で直接接続されている。また、リードピン５と光変調素子４上の電極４１とは、金線等でワイヤーボンディング（６）されている。

フレキシブル基板は表面実装構造であるため、ＲＦ特性測定を行う場合は、フレキシブル基板に高周波信号を供給するための高周波プローブを、フレキシブル基板上の電気伝送線路を構成する信号電極及び接地電極へ安定的にコンタクトさせる必要がある。また、高周波プローブのコンタクト時には、プローブを故障させないために、フレキシブル基板の電気伝送線路の位置とドライブ量（プローブを電極にコンタクトさせてからのプローブの加圧量）を厳密に調整する必要がある。

一方、フレキシブル基板上の電気伝送線路は、マイクロストリップ線路（Microstrip Line）とコプレーナ線路（Coplanar Waveguide）とを混在させた伝送路構造が多く用いられている。図３Ａ〜図３Ｃには、従来例に係る光変調器において、フレキシブル基板３上に形成された電気伝送線路３１の一部を示してある。図３Ａは、マイクロストリップ線路（ＭＳＬ）とコプレーナ線路（ＣＰＷ）とを接続して構成された電気伝送線路を示す平面図である。図３Ｂは、図３Ａの電気伝送線路におけるＣＰＷ部に高周波プローブ７をコンタクトさせた様子を示す平面図である。図３Ｃは、図３Ｂの一点鎖線Ｂ−Ｂ’における断面を示す図である。

ＣＰＷ部は、外部回路（例えば、トランスポンダ内基板等の回路基板２上の電気回路）と電気的に接続するための端子として用いられる。外部回路と半田接続されるＣＰＷ部は、半田の実装性を考慮し、信号電極Ｓ２と接地電極Ｇ２との間をあえて離間させており、その特性インピーダンスは例えば７０Ω以上となる。なお、フレキシブル基板のＣＰＷ線路における特性インピーダンスを例えば５０Ωとした場合の線路条件では、信号電極と接地電極との間隔が狭くなり、外部回路との半田接続時に電極間ショートが発生する恐れがある。

フレキシブル基板上のＣＰＷ部に高周波プローブをコンタクトさせる場合、そのコンタクト位置での反射成分とフレキシブル基板上の電極端面での反射成分とが測定値に影響する。また、高周波プローブ及びＣＰＷ部の特性インピーダンスがそれぞれ５０Ω、７０Ωと異なっている場合、特性インピーダンスのミスマッチが重畳され、測定精度を欠くなどの課題がある。
図４は、高周波プローブのコンタクト位置による電気反射特性を示す図である。図４では、ＣＰＷ部における高周波プローブのコンタクト位置をＭＳＬ部とＣＰＷ部の境界から１００μｍの位置、２００μｍの位置、及び３００μｍの位置として、それぞれ測定した電気反射特性を示してある。同図より、高周波プローブのコンタクト位置によって電気反射特性の測定結果が異なることが理解できる。

フレキシブル基板上のＣＰＷ部に対するコンタクト位置は、高周波プローブをＣＰＷ部にコンタクトさせてからのプローブの加圧量であるドライブ量によって変化する。しかも、フレキシブル基板は一般に柔軟性があるため、高周波プローブの押し込みによるフレキシブル基板の変形に伴って、コンタクト位置がずれる懸念もある。このため、正確な位置で測定を行うことは難しく、電気反射特性の測定は再現性を欠くものであった。

特開２０１６−２００６５２号公報

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、フレキシブル基板を電気インタフェース部に持つ光変調器の測定や検査工程において、高周波プローブを安定的にコンタクトさせることが可能な光変調器を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の光変調器は、以下のような技術的特徴を備える。
（１） 筐体と、該筐体内に配置された光変調素子と、該筐体外に配置された基板とを備えた光変調器において、該基板には、該光変調素子が有する電極に接続された電気伝送線路の少なくとも一部が形成され、該基板に形成された該電気伝送線路の表面の一部に、該電気伝送線路を貫通しない凹部が形成され、該基板に形成された該電気伝送線路は、マイクロストリップ線路とコプレーナ線路とを接続して構成され、該コプレーナ線路は、外部回路と電気的に接続するための端子として用いられ、該凹部は、該コプレーナ線路に形成され、且つ、該マイクロストリップ線路と該コプレーナ線路との境界から１００μｍ以下の位置に配置されたことを特徴とする。

（２） 上記（１）に記載の光変調器において、該基板は、フレキシブル基板であることを特徴とする。

（３） 上記（１）又は（２）に記載の光変調器において、該凹部には、電気測定用のプローブがコンタクトされることを特徴とする。

本発明によれば、フレキシブル基板を電気インタフェース部に持つ光変調器の測定及び検査において、高周波プローブを安定的にコンタクトさせることが可能な光変調器を提供することができる。

外部回路基板上に光変調器を配置した様子を示す図である。 図１の一点鎖線Ａ−Ａ’における断面を示す図である。 従来例に係るフレキシブル基板に形成された電気伝送線路の一部を示す平面図である。 図３Ａの電気伝送線路におけるＣＰＷ部に高周波プローブをコンタクトさせた様子を示す平面図である。 図３Ｂの一点鎖線Ｂ−Ｂ’における断面を示す図である。 高周波プローブのコンタクト位置による電気反射特性を示す図である。 本発明の一実施形態に係るフレキシブル基板に形成された電気伝送線路の一部を示す平面図である。 図５Ａの電気伝送線路におけるＣＰＷ部に高周波プローブをコンタクトさせた様子を示す平面図である。 図５Ｂの一点鎖線Ｃ−Ｃ’における断面を示す図である。 複数の接触端子を互いに平行に有する高周波プローブを用いる場合を想定した凹部の形状を示す図である。 複数の接触端子を放射状に有する高周波プローブを用いる場合を想定した凹部の形状を示す図である。 形状が三角形を成す凹部の例を示す図である。 形状が台形を成す凹部の例を示す図である。

以下、本発明に係る光変調器について詳細に説明する。
図５Ａ〜図５Ｃには、本発明の一実施形態に係る光変調器において、フレキシブル基板３上に形成された電気伝送線路３１の一部を示してある。図５Ａは、マイクロストリップ線路（ＭＳＬ）とコプレーナ線路（ＣＰＷ）とを接続して構成された電気伝送線路を示す平面図である。図５Ｂは、図５Ａの電気伝送線路におけるＣＰＷ部に高周波プローブ７をコンタクトさせた様子を示す平面図である。図５Ｃは、図５Ｂの一点鎖線Ｃ−Ｃ’における断面を示す図である。

本発明に係る光変調器１は、筐体１０と、筐体１０内に配置された光変調素子４と、筐体１０外に配置されたフレキシブル基板３とを備え、フレキシブル基板３には、光変調素子４が有する電極４１に接続された電気伝送線路３１の少なくとも一部が形成される。そして、フレキシブル基板３に形成された電気伝送線路３１の表面の一部に、電気伝送線路３１を貫通しない凹部Ｒ２が形成されたことを特徴とする。

フレキシブル基板３に形成された電気伝送線路３１は、ＭＳＬ部とＣＰＷ部とを有する。ＭＳＬ部には、基板下面に信号電極Ｓ１が形成されると共に、基板上面に接地電極Ｇ１が形成されている。ＣＰＷ部には、基板下面に信号電極Ｓ２が形成され、これを挟み込むように２つの接地電極Ｇ２が形成されると共に、基板上面にも同様の信号電極Ｓ２及び接地電極Ｇ２が形成されている。基板上面の信号電極Ｓ２及び接地電極Ｇ２と基板下面の信号電極Ｓ２及び接地電極Ｇ２とは、基板を貫通するビアホールＨ２と基板端面に形成されたキャスタレーションＣ２とで電気的に接続される。ビアホールＨ２及びキャスタレーションＣ２は、その表面に導体をメッキして導体層を形成してある。

ＭＳＬ部は、光変調器１内部の光変調素子４が有する電極（信号電極及び接地電極）４１に対し、リードピン５等を介して電気的に接続される。ＣＰＷ部は、外部回路（例えば、トランスポンダ内基板等の回路基板２上の回路）と電気的に接続するための端子として用いられる。
ＣＰＷ部には、高周波プローブ７のコンタクト先となる凹部Ｒ２が形成されている。凹部Ｒ２は、種々の方法により形成することができる。例えば、ポンチ具の押圧や、レーザトリミング、機械的な削り込み、エッチングなどにより形成することができる。

高周波プローブ７を用いて光変調器１の電気測定を行う際は、高周波プローブ７が有する接触端子７１の先端部分を凹部Ｒ２に潜り込ませることで、コンタクト位置が一意に決まる。このため、高周波プローブ７のコンタクト位置が安定し、フレキシブル基板３のインピーダンスのミスマッチを最小限に抑えることが可能となる。また、フレキシブル基板３に対する高周波プローブ７のコンタクト位置が精度よく決まるので、測定の再現性が向上する。

ここで、フレキシブル基板３のＣＰＷ部に設けた凹部Ｒ２は、外部回路との半田付け時において過剰な半田が塗布された場合に半田溜まりとしても機能する。このため、ＣＰＷ部の信号電極Ｓ２と接地電極Ｇ２の間における電極間のショートを低減させることができる。
また、凹部Ｒ２を形成することで、ＣＰＷ部の熱容量が減少する。このため、半田を効率的に加熱することができ、半田付けの時間を短縮することができる。
また、フレキシブル基板３のＣＰＷ部に設けた凹部Ｒ２は、フレキシブル基板３を実装する際の目印としても使用することができる。このため、フレキシブル基板３を正確な位置に実装する作業が容易となる。

なお、電気測定の精度を向上させるには、凹部Ｒ２を、ＣＰＷ部のＭＳＬ部側に限りなく近い位置に設けることが好ましい。それは、特性インピーダンスが５０Ωである高周波プローブ７を特性インピーダンスが７０ΩであるＣＰＷ部ではなく特性インピーダンスが５０ΩのＭＳＬ部側に近付けた方がインピーダンスのミスマッチが少なく、測定結果への影響が少ないからである。より具体的には、凹部Ｒ２を、ＭＳＬ部とＣＰＷ部との境界からの距離ｄが１００μｍ以下の位置に設けることが好ましい。ただし、高周波プローブ７がＭＳＬ部の表面に形成されるカバーレイ（保護膜）に引っ掛からない程度の間隔を設ける必要がある。
本例では、ＣＰＷ部における基板下面の信号電極Ｓ２及び接地電極Ｇ２に凹部Ｒ２を設けたが、上面側に凹部Ｒ２を設けてもよく、両面に凹部Ｒ２を設けてもよい。また、ＣＰＷ部をグランド付きコプレーナ線路とするなど、他の種別の電気伝送線路を用いた構成としてもよい。

凹部Ｒ２は、高周波プローブ７をコンタクトさせて加圧する際に接触端子７１の先端部分が移動する方向又はそれに直交する方向の少なくともいずれかが接触端子７１の先端部分の外径より大きいことが好ましい。また、接触端子７１の先端部分が移動する方向に関係なく、凹部Ｒ２の任意の一部の方向の外径が接触端子７１の先端部分の外径より大きくてもよい。また、凹部Ｒ２は、接触端子７１の先端部分の全てが収まる外径でもよい。

図６Ａは、互いに平行な複数の接触端子７１を有する高周波プローブ７を用いる場合を想定した凹部Ｒ２の形状を示す図である。図６Ｂは、放射状に配置された複数の接触端子７１を高周波プローブ７を用いる場合を想定した凹部Ｒ２の形状を示す図である。接触端子７１の先端径φは約１５０μｍであるため、一例として、凹部Ｒ２に約３００μｍの幅を設けることが考えられる。

図６Ａ、図６Ｂのいずれにおいても、凹部Ｒ２は、接触端子７１の先端部分が移動する方向に沿って、或る程度の幅を持たせた形状となっている。これにより、接触端子７１の先端部分は、凹部Ｒ２にコンタクトさせた後に加圧することで移動するが、少し移動するだけで凹部Ｒ２の端面に当接して移動が規制される。したがって、高周波プローブ７をコンタクトさせる位置が若干ずれても、適切な位置に補正されることになる。

なお、本例においては凹部Ｒ２を矩形形状とした例で説明したが、凹部Ｒ２の形状はこれに限定されることはなく、円形、楕円形、正方形、長方形、台形など様々な形状とすることができる。特に、凹部Ｒ２の形状を、図７Ａや図７Ｂに示すように、高周波プローブ７をコンタクトさせて加圧する際に接触端子７１の先端部分が移動する方向に沿って幅が狭まる形状である三角形や台形とした場合、高周波プローブをより安定的にコンタクトすることができる。

以上、実施例に基づき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可能であることはいうまでもない。

本発明によれば、フレキシブル基板を電気インタフェース部に持つ光変調器の検査において、高周波プローブを安定的にコンタクトさせることが可能な光変調器を提供することができる。

１ 光変調器
２ 回路基板
３ フレキシブル基板
４ 光変調素子
５ リードピン
６ ワイヤボンディング
７ 高周波プローブ
１０ 筐体
１１ 蓋
３１ 電気伝送線路
４１ 電極
７１ 接触端子
Ｓ１，Ｓ２ 信号電極
Ｇ１，Ｇ２ 接地電極
Ｈ２ ビアホール
Ｃ２ キャスタレーション
Ｒ２ 凹部
ＭＳＬ マイクロストリップ線路
ＣＰＷ コプレーナ線路

Claims (3)

1. 筐体と、該筐体内に配置された光変調素子と、該筐体外に配置された基板とを備えた光変調器において、
   該基板には、該光変調素子が有する電極に接続された電気伝送線路の少なくとも一部が形成され、
   該基板に形成された該電気伝送線路の表面の一部に、該電気伝送線路を貫通しない凹部が形成され、
   該基板に形成された該電気伝送線路は、マイクロストリップ線路とコプレーナ線路とを接続して構成され、
   該コプレーナ線路は、外部回路と電気的に接続するための端子として用いられ、
   該凹部は、該コプレーナ線路に形成され、且つ、該マイクロストリップ線路と該コプレーナ線路との境界から１００μｍ以下の位置に配置されたことを特徴とする光変調器。
2. 請求項１に記載の光変調器において、
   該基板は、フレキシブル基板であることを特徴とする光変調器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光変調器において、
   該凹部には、電気測定用のプローブがコンタクトされることを特徴とする光変調器。

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