CN110087390A - 光调制器 - Google Patents

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Abstract

一种光调制器，将光调制元件收容在壳体内，通过柔性电路基板将该光调制器与外部电路基板之间的电气线路的至少一部分连接，并且该光调制器配置在该外部电路基板上，其特征在于，在该壳体的外侧底面，在连接配置该柔性电路基板的部分形成有收容该柔性电路基板的凹部(虚线D所示的范围)，为了避免在该凹部的与该柔性电路基板相对的面A、在俯视图中与该面A重合且设于该柔性电路基板的电气配线部分B及在俯视图中与该面A重合且设于该外部电路基板的电气配线部分C之间产生微波/毫米波的谐振模式或平行板模式，该光调制器具备谐振模式等的抑制单元(例如凹凸形状)。

Description

光调制器
本申请为国际申请PCT/JP2016/078429于2017年12月12日进入中国国家阶段、申请号为201680034278.8、发明名称为“光调制器”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及光调制器，特别是涉及将光调制元件收容于壳体内的光调制器，且通过柔性电路基板将该光调制器与外部电路基板之间的电气线路的至少一部分连接，并且该光调制器配置在该外部电路基板上的光调制器。
背景技术
在光通信领域中，采用光调制器的收发器正得到广泛利用。近年来，由于光传送系统的小型化要求，在搭载于收发器模块(应答器)内的光调制器的RF接口连接方面，也呈现出尺寸缩短的倾向。
图1示出在构成模块的外部电路基板7上配置有光调制器的情况。作为实现尺寸缩短的手段，根据以往的基于推接式同轴连接器等同轴连接器的线缆连接，如图1所示地，利用使用了柔性电路基板(FPC)6和管脚4的面安装(SMT：Surface Mount Technology)接口。关于使用了柔性电路基板的光调制器，在专利文献1中有公开。
图1示出将光调制器配置在外部电路基板上的状态的剖视图。光调制器1将光调制元件2收容在金属制壳体10内，并进行气密密封。标号11是壳体的盖部分。收容在壳体内的光调制元件2与外部电路基板7经由柔性电路基板6和在壳体的贯通孔(将金属壳体的上表面与底面连结的垂直方向)配置的管脚4而电连接。而且，柔性电路基板6与管脚4直接连接。管脚4与光调制元件2之间经由中继基板3通过金线等进行引线键合(50、5)。
柔性电路基板6在使用了聚酰亚胺等的基板的一面或两面上，通过Au、Cu等导电材料形成信号线路(信号电极)和接地线路(接地电极)。在一侧的面上形成有宽幅的接地电极且在另一个面上形成有长条状的信号电极的微带型线路被广泛使用。信号线路也存在不仅是信号电极，而且如共面型线路那样以夹持信号电极的方式配置接地电极的情况。也可以使用虽然柔性电路基板6的挠性下降但是具有多层的接地电极面的带型线路或接地共面型线路。
在将柔性电路基板6安装于光调制器1时，为了避免柔性电路基板6从光调制器1的底面突出，而如图1的虚线D所示，在壳体的外部底面形成有凹部(锪孔部)。
然而，柔性电路基板6与形成凹部的底面(与FPC6相对的面A)之间由于管脚4的形状而难以使两者完全紧贴地安装。例如，管脚4成为信号线与接地电极呈同轴状地配置的结构，在接地电极部分的前端从壳体的下表面突出的情况下，FPC6与凹部的底面A会分离突出的高度的量。因此，在两者之间产生间隙S1。更详细而言，在设于FPC6的信号电极及接地电极等的电气配线部分B与底面A之间产生间隙S1。
另外，在FPC6与外部电路基板7之间也产生间隙S2。更详细而言，在设于FPC6的信号电极及接地电极等的电气配线部分B与设于外部电路基板7的电气配线部分C之间产生间隙S2。作为其原因之一，将管脚4在FPC6的下表面侧进行钎焊固定的情况下，管脚4的前端从FPC6的下表面突出。为了防止该突出的管脚4与外部电路基板7接触而有意地调整凹部的深度以产生间隙S2。
这样的间隙S1或S2不需要为空气层。例如，在FPC6的表面(或两面)设置绝缘性的保护膜的情况或在外部电路基板的表面设置绝缘性的保护膜的情况下，必然会产生保护膜的厚度的间隙(这种情况是在间隙内填充有保护膜的材料的状态)。
在间隙S1或S2与FPC6的接地电极面平行的情况下，成为图2中说明的那样的平行板模式(图2A及图2B)产生的原因。图2示出在FPC6的上表面侧配置壳体10且在下表面侧配置外部电路基板7(接地电极等导电性面)的状态。在FPC6中，构成在具有挠性的绝缘基板60的上表面配置信号电极61且在下表面配置接地电极62的微带线路。
图2A使用虚线箭头而示意性地示出带状线型的信号线路的信号的电场。图2B是示意性地表示从信号线路泄漏的一部分电场使FPC6的接地电极面与外部电路基板7之间产生平行板模式的情况的图，图中的虚线箭头表示电场的方向。平行板模式也在FPC6的接地电极62(电气线路部B)与凹部的底面A之间产生。即使在接地电极62配置于外部电路基板7、凹部的底面A的任一侧的情况下，只要相互平行，就会产生平行板模式。在接地电极62的宽度窄而外部电路基板7与凹部的底面A相对的面积的比率大的情况下，在外部电路基板7与凹部的底面A之间会产生平行板模式。
如图2A所示，在信号电极61与接地电极62之间产生准TEM模式。在间隙S2，如图2B所示，在接地电极62与外部电路基板7之间产生平行板模式。当这样的平行板模式产生时，向光调制器施加的调制信号的宽频带特性劣化。而且，平行板模式具有无截止频率且无论怎样缩窄间隙S2的间隔(接地电极62与外部电路基板7的空隙)都会产生的特征。当然，关于间隔S1，即便缩窄壳体11的凹部(锪孔部)的上表面A与FPC6的间隔也会产生平行板模式。例如，在微波带或毫米波带中，即使缩窄成空腔谐振不成立那样的距离即25μm左右，在上表面A与接地电极62之间也会产生平行板模式，或者虽然在图2中未示出，但是在绝缘基板60的上表面设置接地电极的情况下，在该接地电极与上表面A之间产生平行板模式。
另外，在间隙S1或S2向空间放出的微波/毫米波也产生与间隙S1或S2的间隔相应的空腔谐振模式，在特定的频率下发生调制信号的劣化(沉降)。为了缩短配线距离并确保安装的容易度而需要进一步缩窄间隙S1或S2，这种情况下，容易产生平行板模式。
如DP-BPSK(双偏振二进制相移键控)光调制器、DQPSK(四相相对相移键控)光调制器或DP-QPSK(双偏振正交相移键控)光调制器等那样，在FPC6配置有多个信号线的宽频带光调制器的情况下，经由平行板模式的信号线之间的串扰是严重的问题。由于是因来自信号线的泄漏电力经由没有截止频率的平行板模式传递至其他信号线而导致的串扰，因此在极宽的频率范围内显著。
在特定频率的情况下，通过短截线或扼流圈电路能够降低串扰。然而，在信号频带从MHz带扩及到毫米波带的宽频带调制器的情况下并不是有效对策。作为其他的手段，配线基板内的串扰，例如相邻的多个微带型线路间的串扰通过在线路之间配置导孔、或者向线路之间的电介质基板加入槽等手段能够降低。然而，平行板模式在配线基板的接地电极面与其他的接地电极面之间与基板内的导孔或槽等的形成无关地产生。而且，从信号线泄漏的电力不仅向相邻的信号线传递，也向其他的信号线传递而引起串扰。不仅是微带形线路，在其他的形状的线路中也同样。
在本发明中，将微波/毫米波的空腔谐振模式或平行板模式等现象表述为“谐振模式等”。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-165289号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明要解决的课题在于，提供一种解决上述那样的问题，抑制在收容柔性电路基板的壳体的凹部产生的谐振模式等现象，改善了宽频带特性的光调制器。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，本发明的光调制器具备如下的技术特征。
(1)一种光调制器，将光调制元件收容在壳体内，通过柔性电路基板将该光调制器与外部电路基板之间的电气线路的至少一部分连接，并且该光调制器配置在该外部电路基板上，其特征在于，在该壳体的外侧底面，在连接配置该柔性电路基板的部分形成有收容该柔性电路基板的凹部，为了避免在该凹部的与该柔性电路基板相对的面A、在俯视图中与该面A重合且设于该柔性电路基板的电气配线部分B及在俯视图中与该面A重合且设于该外部电路基板的电气配线部分C之间产生微波/毫米波的谐振模式或平行板模式，该光调制器具备谐振模式等的抑制单元。
(2)根据上述(1)所述的光调制器，其特征在于，该谐振模式等的抑制单元将该面A与该电气配线部分B之间的间隔或介电常数、该电气配线部分B与该电气配线部分C之间的间隔或介电常数中的至少一个设定为局部性地不同。
(3)根据上述(1)所述的光调制器，其特征在于，该谐振模式等的抑制单元设有将该面A与该电气配线部分之间电连接的支柱和将该电气配线部分B与该电气配线部分之间电连接的支柱中的至少任一个。
(4)根据上述(1)至(3)中任一个所述的光调制器，其特征在于，在该柔性电路基板的两面形成有电气配线，并形成有将两面的接地配线相互电连接的导孔。
发明效果
本发明的光调制器将光调制元件收容在壳体内，通过柔性电路基板将该光调制器与外部电路基板之间的电气线路的至少一部分连接，并且该光调制器配置在该外部电路基板上，其中，在该壳体的外侧底面，在连接配置该柔性电路基板的部分形成有收容该柔性电路基板的凹部，为了避免在该凹部的与该柔性电路基板相对的面A、在俯视图中与该面A重合且设于该柔性电路基板的电气配线部分B及在俯视图中与该面A重合且设于该外部电路基板的电气配线部分C之间产生微波/毫米波的谐振模式或平行板模式，该光调制器具备谐振模式等的抑制单元，因此能够提供一种抑制谐振模式等现象并改善了宽频带特性的光调制器。
附图说明
图1是表示具备FPC的光调制器的一例的剖视图。
图2A是说明准TEM模式的图。
图2B是说明平行板模式的图。
图3是说明本发明的光调制器的第一实施例的图。
图4是说明本发明的光调制器的第二实施例的图。
图5是说明本发明的光调制器的第三实施例的图。
图6是说明本发明的光调制器的第四实施例的图。
图7是说明本发明的光调制器的第五实施例的图。
图8是说明本发明的光调制器的第六实施例的图。
具体实施方式
以下，关于本发明的光调制器，使用优选例进行详细说明。
如图1所示，本发明的一个方式的光调制器是将光调制元件2收容在壳体(10、11)内而成的光调制器1，通过柔性电路基板6将该光调制器与外部电路基板7之间的电气线路的至少一部分连接，并且该光调制器配置在该外部电路基板上，其特征在于，在该壳体10的外侧底面，在连接配置该柔性电路基板的部分形成有收容该柔性电路基板的凹部，为了避免在该凹部的与该柔性电路基板相对的面A、在俯视图中与该面A重合且设于该柔性电路基板的电气配线部分B、以及在俯视图中与该面A重合且设于该外部电路基板的电气配线部分C之间产生微波/毫米波的谐振模式或平行板模式，该光调制器具备图3至7所示那样的谐振模式等的抑制单元。
在本发明的光调制器中，光调制元件2可以利用在LiNbO3基板(LN基板)等具有电光效应的基板上形成有光波导及调制电极的光调制元件。而且，并不局限于此，也可以利用半导体调制元件等。尤其是施加25GHz以上的高频信号的光调制元件在本发明中能够优选地利用。
在图1中，构成为从管脚4经由中继基板3向光调制元件2进行电连接，但是也可以从管脚4直接向光调制元件2进行电连接。而且，管脚4与中继基板的连接不仅通过金等的线材50来连接，而且也可以与设于中继基板的信号配线钎焊连接。
关于管脚，可以与信号电极和接地电极的各个电极对应地使用管脚，但也可以如图1所示，以包围信号电极的管脚的方式配置接地电极用的导电性套筒(圆筒电极)。当然，在管脚与套筒之间填充有玻璃等绝缘材料。通过采用这样的管脚与套筒的组合，能够将通过管脚连接的部分的阻抗稳定地设定为规定的值。
本发明的光调制器使用的柔性电路基板6将聚酰亚胺使用于基体基材(基板)，在基体基材上通过Au、Cu等形成电气线路。电气配线的电极的厚度为20μm以上，更优选为25μm以上，至少在形成有信号电极的面上，与信号电极一并地以同等的厚度形成接地配线。关于微带(MS)线路的接地电极或G-CPW(接地共面波导)线路(在一面上形成共面型线路且在另一面上设有接地电极的结构)的接地电极，即使小于20μm，也能充分地发挥作为接地电极的功能，因此无需将电极形成得厚。
对于本发明的谐振模式等的抑制单元，进行详细说明。作为谐振模式等的抑制单元，可以将如下的4个方法适当组合来实施。
(1)空腔尺寸的调整方法：对应于使用的频带而调整构成间隙的空间的介电常数或反射面间的距离。也可以向间隙插入屏蔽反射面。需要说明的是，该方法对于平行板模式的效果弱。
(2)空腔的不均匀化：使FPC相对于凹部内表面A或外部电路基板的表面倾斜。使FPC挠曲或形成为波形。使凹部的内壁面相对于FPC或外部电路基板的表面倾斜。将该内壁面形成为波形、凹凸形状、阶梯形状。
(3)赋予反射/吸收的功能：凹部的内壁面的粗糙化。在间隙或内壁面或外部电路基板表面配置非金属材料或高介电常数材料。
(4)使用使FPC的接地电极面间短路的导孔或盲孔、支柱、或者使PFC的接地电极面、凹部内表面A或外部电路基板相互短路的球栅、导电海绵等，使相对的面之间电短路。
(5)在FPC的接地电极形成切缺，减少接地电极相对于凹部内表面A或外部电路基板的面积。
接下来，使用图3至8，说明具体的实施例。
图3是第一实施例，是将FPC6倾斜地配置并使空腔(间隙S1、S2)的形状不均匀化的例子。为了倾斜地保持FPC6而在凹部的内表面设置高度不同的凸状的支承部(20、21)。当然，支承部并不局限于如图3所示为2个，也可以形成3个以上。
图4是第二实施例，是在凹部的内表面A形成凹凸形状并使空腔不均匀化的例子。而且，也可以对凹部的内壁面进行粗糙化而避免产生谐振模式。在图4中形成周期性的凹凸形状，但是不需要为了防止谐振模式而形成为周期性的形状。
图5是第三实施例，是在间隙S1或S2局部性地配置有介电常数材料(30、31)的例子。由此，不仅能够变更空腔尺寸，而且也能一并实现空腔的不均匀化。其结果是，不仅能够抑制谐振模式，而且能够抑制平行板模式的产生。
如图3至5所示，凹部的内表面A与FPC6的电气配线部分(在FPC的表面或背面配置的配线)之间的间隔或者之间的介电常数、或者FPC6的电气配线部分与外部电路基板7的电气配线部分(电路基板的表面的配线)之间的间隔或者之间的介电常数中的至少一个设定为局部性地不同，由此能够抑制谐振模式等。
图6是第四实施例，是在凹部的内壁面配置有吸收微波/毫米波而使其减衰的材料(非金属材料、高介电常数材料)40的例子。由此，能够抑制谐振模式等的产生。当然，在外部电路基板7的表面的一部分(与FPC6相对的部分)也可以配置吸收或减衰材料。
另外，作为抑制在FPC6与外部电路基板7之间产生平行板模式的方法，构成为不在与FPC6相对的外部电路基板7的表面配置接地电极等电极的情况也有效。
图7是第五实施例，是利用由金等导电性材料形成的支柱50将凹部的内表面A与FPC6的电气配线部分(尤其是形成于FPC的表面侧的接地电极)电连接而进行面间的短路的例子。也可以利用支柱51将FPC6的电气配线部分(尤其是形成于FPC的背面侧的接地电极)与外部电路基板的电气配线部分(尤其是形成于电路基板的表面的接地电极)电连接。在FPC6配设有多个信号线的情况下，如果沿信号线在信号线的两侧形成支柱，则串扰降低效果进一步提高。
多个支柱的配置间隔与抑制量的关系为，例如对于75GHz的微波/毫米波，在使相邻的支柱的间隔为500μm的情况下，能够实现约10dB的抑制，在使支柱间隔为100μm的情况下，能够实现约40dB的抑制。
另外，在FPC6的两面形成有接地电极(接地配线)的情况下，可以在两方的接地电极相对的区域，在贯通FPC的孔处配置导电性材料，设置使两方的接地电极导通的导孔。
图8是第六实施例，在形成于FPC6的接地电极62设置切缺(63～65)，通过减少与凹部的内表面A或外部电路基板的电气配线部分C相对的接地电极的面积，能够抑制平行板模式的产生。信号电极间的串扰也大幅降低。图8的标号60是FPC的绝缘基板，61是在绝缘基板的表面(纸面的近前侧)形成的信号电极，62是在绝缘基板的背面(纸面的里侧)形成的接地电极。切缺(63～65)的区域越宽，则抑制平行板模式的产生的效果和串扰的降低效果越高。此外，通过切缺而FPC6的挠性得到改善。因此，如果使FPC6挠曲地进行配线，则抑制平行板模式的产生的效果和串扰降低效果进一步提高。
以上，参照附图，说明了本发明的优选的实施方式例，但是本发明当然并非限定为上述的例子。在上述的例子中示出的各结构构件的各种形状或组合等是一例，在不脱离本发明的主旨的范围内按照设计要求等能够进行各种变更。如果将所示的实施例适当组合，则效果当然进一步提高。
产业利用性
如以上说明所述，根据本发明，能够提供一种抑制在收容柔性电路基板的壳体的凹部产生的谐振模式等现象并改善了宽频带特性的光调制器。
标号说明
1 光调制器
2 光调制元件
3 中继基板
4 管脚
5、50 引线键合
6 柔性电路基板
7 外部电路基板
10 壳体
11 壳体(盖)。

Claims (3)

1.一种光调制器，将光调制元件收容在壳体内，通过柔性电路基板将该光调制器与外部电路基板之间的电气线路的至少一部分连接，并且该光调制器配置在该外部电路基板上，其特征在于，
在该壳体的外侧底面，在连接配置该柔性电路基板的部分形成有收容该柔性电路基板的凹部，
在该柔性电路基板配置有多个信号线，
为了避免在该凹部的与该柔性电路基板相对的面A、在俯视图中与该面A重合且设于该柔性电路基板的电气配线部分B及在俯视图中与该面A重合的该外部电路基板之间产生微波/毫米波的谐振模式或平行板模式，该光调制器具备谐振模式或平行板模式的抑制单元，
该谐振模式或平行板模式的抑制单元设定为，在俯视图中与该电气配线部分B重合的该外部电路基板的表面上不配置包括电气配线部分的导电体，且该面A与该电气配线部分B之间的间隔或介电常数中的至少一个局部性地不同。
2.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于，
该谐振模式或平行板模式的抑制单元设有将该面A与该电气配线部分B之间电连接的支柱。
3.根据权利要求1或2所述的光调制器，其特征在于，
在该柔性电路基板的两面形成有电气配线，并形成有将两面的接地配线相互电连接的导孔。
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