【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モジュール装置、特に送信用又は受信用の光モジュール装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の送信用光モジュール装置の構成を、図４（ａ）、（ｂ）にそれぞれ平面図、断面図として示す。光モジュール構成は、パッケージ１０６、パッケージ端子１０７、パッケージリードフレーム１０５、発信用半導体レーザ１０２や光ファイバ１０１を積載した光素子搭載用基板１０３とで構成される。各基板間はボンディングワイヤ１０４により電気的接続が取られている。また、リードフレーム１０５と光機能素子搭載用基板１０３との間に、ＬＤを駆動する回路等の構成もある。発信用半導体レーザ１０２は、光ファイバ１０１または光導波路と精度良く光結合を取らなければならないためや基板材用が異なるため、駆動用電気処理回路とは別の基板で構成される。受信部についてもボンディングワイヤで電気的接続を行っている。
【０００３】
光通信において、高速・広帯域化が進んでおり、高速・広帯域モジュールでは、電気的接続を得るため、高周波特性が良い同軸タイプのパッケージが使用される場合がある。しかしながら、同軸タイプではコストが高い、モジュールサイズが大きくなるといった問題がある。表面実装光モジュール等のピン型パッケージは低コストであるが、パッケージピンとパッケージ内の高周波素子との間で、良好な高周波特性が得られる電気的接続を実現することは困難である。従来は、モジュール内の素子または高周波回路とモジュール端子とは、簡易的であるボンディングワイヤ等で電気的接続がなされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
光通信光モジュールにおいて、高速・広帯域通信が望まれており、パッケージに高周波端子が用いられ、内部構成には高周波回路及び線路が用いられるようになってきている。光モジュールを実装する場合、従来はボンディングワイヤを使用すると簡易的にパッケージ電極と高周波回路基板とを電気的に接続することが可能であるが、ボンディングワイヤは高周波において寄生インダクタンス成分となる。このような寄生インダクタンスにより、高周波伝送路間にインピーダンス不整合が生じてしまい、高周波及び広帯域で光機能素子を動作させる場合において高周波特性劣化となるため、ボンディングワイヤが高速・広帯域の制限となってしまう。これらのことから、高速・広帯域光モジュールにおいて、ボンディングワイヤを用いることなく、光機能素子まで高周波回路または高周波線路で形成されることが望まれる。パッケージ端子と高周波基板や光機能素子とをワイヤレスで接続する方法が必要である。
【０００５】
一方、ボンディングワイヤを使用しない方法として、フレキシブル基板を用いた実装構造が、特開平９−１４８６７５号に開示されている。フレキシブル基板により、ボンディングワイヤよりも、インピーダンス整合された伝送線路接続が可能になるが、形状変化で特性劣化する、特性インピーダンスの精度が良くない、位置合わせ精度が良くない、信頼性が良くない問題がある。高速・広帯域化において、更なる高周波特性が優れた接続が望まれる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高周波線路が形成された素子搭載用高周波回路基板とパッケージリードフレーム間に接続用基板を載置し、この接続用基板の裏面に高周波線路を形成しておくことにより、素子搭載用高周波回路基板とパッケージリードフレーム間の電気的接続を図ることを特徴とする。
【０００７】
これにより、ボンディングワイヤを用いることなく、素子搭載用高周波回路基板とパッケージリードフレームを電気的に接続することができ、高周波特性が安定した高周波伝送線路接続が可能である。基板に形成された高周波回路であるため、高性能でかつ形状変化が少なく、良好な特性が得られる。
【０００８】
また、素子搭載用高周波回路基板または接続用基板に、位置合わせ用マークを作製しておけば、接続用基板を制度良く素子搭載用高周波回路基板とパッケージリードフレーム間に載置することが可能となる。
【０００９】
また、接続用基板に、他の部品、例えば半導体レーザの出力光モニター用のフォトダイオードや、フォトダイオード駆動用回路を搭載することもできる。
【００１０】
なお、本発明における接続用基板は、光通信光モジュール装置に限らず、高周波回路が形成された回路基板どうしの接続にも適用することが可能であり、優れた高周波特性を持ったモジュール装置が実現できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明であるブリッジ型接続用高周波線路基板（接続用基板）を用いた光モジュール装置の構成の実施形態を図１に示す。図１のモジュールはパッケージ端子１、パッケージ２、パッケージリードフレーム３、ブリッジ型接続用高周波線路基板４、光機能素子搭載用基板５、半導体レーザ６、光ファイバ７からなる。図１内のパッケージ端子１、パッケージリードフレーム３、ブリッジ型接続用高周波線路基板４、光機能素子搭載用基板５のそれぞれにコプレーナ高周波線路が形成されており、それぞれの特性インピーダンスが同じになるように設計されている。裏面にコプレーナ等の高周波線路が金属等で形成された該ブリッジ型接続用高周波線路基板を使用することにより、ボンディングワイヤを用いることなく、各基板間において、高周波線路として電気的接続を得ることが可能である。それぞれの接点は半田や導電性ペースト等で接続される。ブリッジ型接続用高周波線路基板は、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の半導体材料基板、またはガラス等の誘電体材料基板、または有機材料基板等のすべての基板にて適用できる。
【００１２】
本構成で、ブリッジ型接続用高周波線路基板を図１内に示される半導体フォトダイオード８（ＰＤ）として作製すれば、半導体レーザの出力光をモニタできるモニタ用半導体フォトダイオードとしての機能も持たせることも可能である。他にも、高周波伝送線路と他の半導体機能素子や回路として組み合わせることが可能である。このブリッジ型接続用高周波線路基板にＬＤ駆動用ＩＣを作製することも可能で、コンパクトな光モジュールを実現することができる。接続されるまたは接続する基板の材料を問わず構成することができ、異種の材料基板をインピーダンス不整合なしに電気的接続を取ることが可能である。
【００１３】
受信部モジュールについても同様に適用でき、その実施形態の一例を図２に示す。図２はパッケージ端子２０、パッケージリードフレーム電極２１、回路が形成されたブリッジ型接続用高周波線路基板２２、半導体フォトダイオード２３、光ファイバ２４、光機能素子搭載用基板２５、波長分割フィルタ２６、パッケージ２７で構成されている。ブリッジ型接続用高周波線路基板２２にプリアンプ等の受信用処理回路が形成されており、良好な高周波特性で電気的接続を得られる。半導体フォトダイオードとブリッジ型接続用高周波線路基板と直接接続することもできる。
【００１４】
本実施形態ではパッケージリードフレームと高周波回路基板を、該ブリッジ型接続用高周波線路基板を用いて接続したが、少なくとも２つ以上の高周波回路基板間を同様な構成で電気的接続を得ることができる。その実施形態を図３に示す。図３（ａ）、（ｂ）において、電気回路３０とコプレーナ高周波線路３３が形成された回路基板３１と回路基板３４とを該ブリッジ型接続用高周波線路基板３２を用いて電気的に接続されている。回路基板３１、３４やブリッジ型接続用高周波線路基板３２には半導体レーザ等の素子３５を搭載させることができる。図３（ａ）は回路基板に位置合わせ用の溝が形成されており、図３（ｂ）はブリッジ型接続用高周波線路基板３２に溝が形成されている。このようにブリッジ型接続用高周波線路基板３２、または、接続する基板３１、３４にガイド溝を作製することにより、精度良く位置合わせをすることが可能である。他にも部分的に位置合わせ用の凸凹を作製し、精度良く位置を合わせる方法も適用できる。このような構成は異種材料基板を接続する場合に特に有効な手段である。
【００１５】
本実施形態では図面などコプレーナ高周波線路を用いて説明したが、他のマイクロストリップライン、スロットライン、コプレーナストリップ、カップルドマイクロストリップライン等のすべての高周波線路についても適用することができる。また、基板についても、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ等の半導体材料、磁性体材料、有機材料、ニオブ酸リチウム、ガラス等の誘電体材料などのすべての基板材料に応用できる。
【００１６】
【発明の効果】
ブリッジ型接続用高周波線路基板を用いることにより、パッケージの高周波端子、素子積載用高周波線路基板、回路基板間をボンディングワイヤレスで電気的接続を得ることが可能である。異なった材料基板を高周波でも良好な電気的接続が得られる。高周波線路基板を使用しているため、優れた高周波特性を持ち、形状変化がなく、特性変化が起こらない。位置精度用ガイド溝を作製することで、精度良くかつ簡単に電気的接続を得ることができる。また、基板間を接続するだけでなく、ブリッジ型接続用高周波基板に回路や機能素子を形成または搭載することで、有効的に空間を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す送信用光モジュール装置の構成図
【図２】本発明の第２の実施形態を示す受信用光モジュール装置の構成図
【図３】本発明の第３の実施形態を示す光モジュール装置の構成図
【図４】従来の光モジュール装置の構成図
【符号の説明】
１ パッケージ端子
２ パッケージ
３ パッケージリードフレーム
４ ブリッジ型接続用高周波線路基板
５ 光機能素子搭載用基板
６ 半導体レーザ
７ 光ファイバ
９ 高周波線路
１０ 受光部
２０ パッケージ端子
２１ パッケージリードフレーム電極
２２ ブリッジ型接続用高周波線路基板
２３ 半導体フォトダイオード
２４ 光ファイバ
２５ 光機能素子搭載用基板
２６ 波長分割フィルタ
２７ パッケージ
３１、３４ 回路基板
３２ ブリッジ型接続用高周波線路基板
１０１ 光ファイバ
１０２ 半導体レーザ
１０３ 光機能素子搭載用基板
１０４ ボンディングワイヤ
１０５ パッケージリードフレーム
１０６ パッケージ
１０７ パッケージリードピン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a module device, particularly to an optical module device for transmission or reception.
[0002]
[Prior art]
FIGS. 4A and 4B show the configuration of a conventional optical module for transmission as a plan view and a sectional view, respectively. The optical module configuration includes a package 106, a package terminal 107, a package lead frame 105, an optical element mounting substrate 103 on which a transmitting semiconductor laser 102 and an optical fiber 101 are mounted. Electrical connection is established between the substrates by bonding wires 104. There is also a configuration such as a circuit for driving an LD between the lead frame 105 and the optical functional element mounting substrate 103. The transmitting semiconductor laser 102 is formed of a substrate different from the electric processing circuit for driving because the optical semiconductor 101 must be optically coupled with the optical fiber 101 or the optical waveguide with high precision, and the substrate material is different. The receiving section is also electrically connected by a bonding wire.
[0003]
2. Description of the Related Art In optical communication, high-speed and broadband are being promoted. In a high-speed and wideband module, a coaxial type package having good high-frequency characteristics may be used in order to obtain electrical connection. However, the coaxial type has problems such as high cost and large module size. Although a pin-type package such as a surface-mount optical module is inexpensive, it is difficult to realize an electrical connection between the package pins and a high-frequency element in the package that provides good high-frequency characteristics. Conventionally, an element or a high-frequency circuit in a module is electrically connected to a module terminal by a simple bonding wire or the like.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In optical communication optical modules, high-speed and broadband communication is desired, and high-frequency terminals are used for packages, and high-frequency circuits and lines are used for internal configurations. Conventionally, when an optical module is mounted, it is possible to easily electrically connect a package electrode and a high-frequency circuit board by using a bonding wire, but the bonding wire becomes a parasitic inductance component at a high frequency. Such parasitic inductance causes impedance mismatch between the high-frequency transmission paths, deteriorating high-frequency characteristics when operating the optical functional device at high frequency and wide band, and restricting the bonding wire to high speed and wide band. I will. For these reasons, it is desired that a high-speed and wide-band optical module be formed by a high-frequency circuit or a high-frequency line up to an optical functional element without using a bonding wire. A method for wirelessly connecting a package terminal to a high-frequency substrate or an optical functional element is required.
[0005]
On the other hand, as a method not using a bonding wire, a mounting structure using a flexible substrate is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-148675. The flexible substrate enables connection of transmission lines with impedance matching better than bonding wires, but the characteristics deteriorate due to shape changes, the accuracy of characteristic impedance is not good, the alignment accuracy is not good, and the reliability is not good. There is. In high-speed and broadband applications, connections with even higher high-frequency characteristics are desired.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides an element mounting device by mounting a connection substrate between a device mounting high-frequency circuit board on which a high-frequency line is formed and a package lead frame, and forming the high-frequency line on the back surface of the connection substrate. Electrical connection between the high-frequency circuit board and the package lead frame is achieved.
[0007]
This makes it possible to electrically connect the element mounting high-frequency circuit board and the package lead frame without using a bonding wire, and to connect a high-frequency transmission line with stable high-frequency characteristics. Since the high-frequency circuit is formed on the substrate, it has high performance, little change in shape, and good characteristics.
[0008]
In addition, if alignment marks are prepared on the high-frequency circuit board for mounting elements or the connection board, the connection board can be placed between the high-frequency circuit board for mounting elements and the package lead frame in a systematic manner. Become.
[0009]
Further, other components, for example, a photodiode for monitoring the output light of a semiconductor laser and a photodiode driving circuit can be mounted on the connection substrate.
[0010]
The connection substrate in the present invention is not limited to the optical communication optical module device, and can be applied to connection between circuit boards on which a high-frequency circuit is formed. realizable.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment of the configuration of an optical module device using a bridge-type high-frequency line substrate for connection (connection substrate) according to the present invention. 1 includes a package terminal 1, a package 2, a package lead frame 3, a high-frequency bridge substrate 4 for bridge type connection, a substrate 5 for mounting an optical function element, a semiconductor laser 6, and an optical fiber 7. A coplanar high-frequency line is formed on each of the package terminal 1, the package lead frame 3, the bridge-type connection high-frequency line substrate 4, and the optical function element mounting substrate 5 in FIG. 1, so that their characteristic impedances are the same. Designed to. By using the bridge-type connection high-frequency line substrate having a high-frequency line such as a coplanar formed of metal or the like on the back surface, electrical connection can be obtained as a high-frequency line between the substrates without using bonding wires. It is possible. Each contact is connected by solder, conductive paste, or the like. The bridge-type high-frequency line substrate for connection can be applied to all substrates such as a semiconductor material substrate such as Si, InP, GaAs, and GaN, a dielectric material substrate such as glass, and an organic material substrate.
[0012]
In this configuration, if the bridge-type high-frequency line substrate for connection is manufactured as the semiconductor photodiode 8 (PD) shown in FIG. 1, a function as a monitoring semiconductor photodiode capable of monitoring the output light of the semiconductor laser is provided. Is also possible. In addition, it is possible to combine the high-frequency transmission line with another semiconductor functional element or circuit. An LD driving IC can be manufactured on this bridge type connection high-frequency line substrate, and a compact optical module can be realized. It can be configured irrespective of the material of the substrate to be connected or connected, and it is possible to make electrical connection between different types of material substrates without impedance mismatch.
[0013]
The same applies to the receiving module, and FIG. 2 shows an example of the embodiment. FIG. 2 shows a package terminal 20, a package lead frame electrode 21, a bridge-type connection high-frequency line substrate 22, on which a circuit is formed, a semiconductor photodiode 23, an optical fiber 24, an optical functional element mounting substrate 25, a wavelength division filter 26, and a package. 27. A reception processing circuit such as a preamplifier is formed on the bridge-type connection high-frequency line substrate 22, so that electrical connection can be obtained with good high-frequency characteristics. It is also possible to directly connect the semiconductor photodiode to the high-frequency line substrate for bridge type connection.
[0014]
In the present embodiment, the package lead frame and the high-frequency circuit board are connected using the high-frequency circuit board for bridge-type connection, but at least two or more high-frequency circuit boards can be electrically connected with the same configuration. . The embodiment is shown in FIG. 3A and 3B, the electric circuit 30 and the circuit board 31 on which the coplanar high-frequency line 33 is formed are electrically connected to the circuit board 34 by using the bridge-type high-frequency line board 32 for connection. I have. An element 35 such as a semiconductor laser can be mounted on the circuit boards 31 and 34 and the bridge-type high-frequency line board 32 for connection. FIG. 3A shows a groove formed on the circuit board, and FIG. 3B shows a groove formed on the high-frequency bridge substrate 32 for bridge type connection. By forming guide grooves in the bridge-type connection high-frequency line substrate 32 or the substrates 31 and 34 to be connected in this manner, it is possible to perform accurate alignment. In addition, a method in which unevenness for alignment is partially produced and the alignment is performed with high accuracy can also be applied. Such a configuration is a particularly effective means when connecting substrates of different materials.
[0015]
Although the present embodiment has been described using a coplanar high-frequency line as shown in the drawings, the present invention can be applied to all high-frequency lines such as other microstrip lines, slot lines, coplanar strips, and coupled microstrip lines. Also, the substrate can be applied to all substrate materials such as semiconductor materials such as Si, GaAs, InP and GaN, magnetic materials, organic materials, and dielectric materials such as lithium niobate and glass.
[0016]
【The invention's effect】
By using the bridge-type high-frequency line substrate for connection, the high-frequency terminal of the package, the high-frequency line substrate for mounting elements, and the circuit substrate can be electrically connected by bonding wireless. Good electrical connection can be obtained between different material substrates even at high frequencies. Since the high-frequency line substrate is used, it has excellent high-frequency characteristics, does not change in shape, and does not change in characteristics. By producing the guide grooves for positional accuracy, electrical connection can be obtained accurately and easily. In addition to connecting the substrates, by forming or mounting circuits and functional elements on the bridge-type high-frequency substrate for connection, the space can be effectively used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a transmission optical module device showing one embodiment of the present invention; FIG. 2 is a configuration diagram of a reception optical module device showing a second embodiment of the present invention; FIG. FIG. 4 is a configuration diagram of an optical module device showing a third embodiment. FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional optical module device.
REFERENCE SIGNS LIST 1 package terminal 2 package 3 package lead frame 4 high-frequency line board for bridge-type connection 5 substrate for mounting optical function element 6 semiconductor laser 7 optical fiber 9 high-frequency line 10 light-receiving section 20 package terminal 21 package lead frame electrode 22 high-frequency for bridge-type connection Line substrate 23 Semiconductor photodiode 24 Optical fiber 25 Optical functional element mounting substrate 26 Wavelength division filter 27 Packages 31 and 34 Circuit board 32 Bridge type connection high frequency line substrate 101 Optical fiber 102 Semiconductor laser 103 Optical functional element mounting substrate 104 Bonding Wire 105 Package lead frame 106 Package 107 Package lead pin
