JP2006246509A - 高周波線路の接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】
同軸線路と平面線路との接続部におけるマイクロ波の反射や漏洩などによる伝播損失を抑制すると共に接続作業性を改善した、高周波特性に優れた高周波線路の接続構造を提供すること。
【解決手段】
同軸線路と平面線路とを接続する高周波線路の接続構造において、同軸線路の接地部と平面線路の接地電極とを接続する接地用接続部材を設け、該接地用接続部材に該平面線路の接地電極の面と略平行な切り欠け部が形成されると共に、該切り欠け部に取り付けられ略同軸形状を形成する蓋部材１３を有することを特徴とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、高周波線路の接続構造に関わり、特に、光変調器などの光デバイスで利用される同軸線路と平面線路との接続構造に関する。

近年、高速、大容量光ファイバ通信システムの進歩に伴い、高周波応答特性を有する電気−光変換又は光−電気変換用の光デバイスが求められており、例えば、光変調器に代表されるように、ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する材料を基板に用いた高速動作可能な光変調器が実用化されている。
これらの光デバイスの多くは、電気光学効果を有する平面基板上に形成されていることが多く、そのため光デバイス内の信号電極や接地電極の配線には平面線路が多用されている。他方、光デバイスに導入又は光デバイスから導出する電気信号は、近年の通信速度の高速化などを反映して高周波のマイクロ波が用いられており、マイクロ波信号は、光デバイスの外部においては、一般に同軸ケーブルを利用して伝送されている。

このため、例えば、同軸ケーブルなどの同軸線路を伝播するマイクロ波を、光デバイス内の平面線路に円滑に伝送することなどが必要であり、同軸線路と平面線路との接続部には、通常、図１に示すような接続部材１０が用いられる。
接続部材１０には、一方に同軸ケーブルを取り付ける電気信号入出力コネクタ２０が設けられ、他方には基板１上に形成された平面線路の信号電極２と接地電極３の各々に接続される、信号用接続部材１２と接地用接続部材（図１では接続部材１０の筐体自体が接地用接続部材を兼用している）が設けられている。コネクタ２０内の信号線は該信号用接続部材１２に接続部材１０内において導通しており、また、コネクタ２０の接地部は該接地用接続部材（図１では接続部材１０の筐体自体）に接続されている。
なお、接地用接続部材については、図１のように接続部材１０の筐体自体を利用する例に限らず、接続部材１０の筐体を絶縁性材料で形成し、該接続部材１０中を貫通すると共に、コネクタ２０内の信号線を取り囲むように構成された導電性円筒部材を設け、該円筒部材を接地用接続部材とすることも可能である。

また、コネクタ２０内の信号線と信号用接続部材１２との接続には、図２に示すような、平面部ａと略円筒形部ｂとで構成される信号用接続部材１２を用い、該円筒形部ｂを該信号線に被せ、締めつけることにより固定されている。
そして、信号用接続部材１２と信号電極２との接合には、該平面部ａ（信号電極との接合部）を信号電極２に超音波圧着する方法などが利用される。
接地部分の接続構造については、特に、接地用接続部材（図１では接続部材１０）と接地電極３との接続では、金線４やリボン状導線などで双方をボンディングする方法や、接続部材１０と基板１とをハンダや導電性接着剤などで接合する方法などが利用されている。

通信速度の高速化などにより、数十ＧＨｚ以上の高周波においても良好な応答性が求められるようになると、平面線路の信号電極２の幅、特に信号電極２の接続位置（一般にパッド部と呼ぶ）の幅が小さくなり、図３示すように、信号用接続部材１２の平面部ａの幅と比較して、信号電極２の幅が小さくなる状態を生じる。このため、高周波特性が劣化するという問題があった。

図１のような構造では、接地部分の接続にはボンディング手段を用いることができないため、導電性接着剤などを利用して接続を行う必要がある。このような
場合には、接着部材１０と基板１との熱膨張差により接着部が破損する虞がある。
さらに、これらの接続部では、スペースが狭いため、作業性にも難点がある。
このため、図４に示すように、接続部材１０’の横断面を略Ｌ字型になるように切り欠け部１１を設け、基板１と略平行な面を形成し、ワイヤやリボンなどの導線をボンディングするように構成されている。
しかしながら、切り欠け部１１で同軸線路のインピーダンスが維持されなくなるため、特に高周波での電気特性が劣化するという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、上述した問題を解消し、同軸線路と平面線路との接続部におけるマイクロ波の反射や漏洩などによる伝播損失を抑制すると共に接続作業性を改善した、高周波特性に優れた高周波線路の接続構造を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、同軸線路と平面線路とを接続する高周波線路の接続構造において、同軸線路の接地部と平面線路の接地電極とを接続する接地用接続部材を設け、該接地用接続部材に該平面線路の接地電極の面と略平行な切り欠け部が形成されると共に、該切り欠け部に取り付けられ略同軸形状を形成する蓋部材を有することを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の高周波線路の接続構造において、該接地用接続部材と該平面線路の接地電極とをボンディング手段で接続すると共に、該蓋部材にボンディング手段を避ける切り欠け部を設けたことを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の高周波線路の接続構造において、該蓋部材は、同軸線路側から平面線路側に近接するに従い、該略同軸形状の上部が徐々に開放されるように傾斜が形成されていることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の高周波線路の接続構造において、該蓋部材の一部は該平面線路上に突出するように構成されていることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の高周波線路の接続構造において、該平面線路がコプレーナ線路であることを特徴とする。
さらに、請求項６に係る発明は、請求項５に記載の高周波線路の接続構造において、該コプレーナ線路のＧＮＤ−ＧＮＤ間の幅が、同軸線路のＧＮＤ導体径以下であることを特徴とする。
また、請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の高周波線路の接続構造において、該平面線路が電気−光変換又は光−電気変換用の光デバイスに設けられた線路であることを特徴とする。
特に、請求項８に係る発明は、請求項７に記載の高周波線路の接続構造において、該光デバイスは、光変調器であることを特徴とする。

請求項１に係る発明により、切り欠け部を補完する蓋部材を設けることにより、電気特性上では、切り欠け部を設けない場合と同様に同軸線路のインピーダンスが維持されるため、高周波での電気特性の劣化を防止することが可能となる。

請求項２に係る発明により、ワイヤ等のボンディング手段を用いて接地部分の接続を行った場合でも、該ボンディング手段を施された位置を避けるように切り欠け部が蓋部材に形成されているため、該蓋部材を接地用接続部材に密着させることが可能となり、同軸線路のインピーダンスをより良好に維持することが可能となる。

請求項３に係る発明により、同軸線路上における、信号線と該信号線を取り囲む接地部との間の放射状の電界を、平面線路上に形成されている横方向の電界状態に、徐々に変換することが可能となるため、同軸線路と平面線路との間の変換をスムーズに行うことが可能となる。

請求項４に係る発明により、同軸線路と平面線路との両方に跨る蓋部材を設けることにより、同軸線路と平面線路との電気特性上の状態の変化を緩和させ、円滑な変換を可能とする。

請求項５至８に係る発明により、光変調器などのような高周波のマイクロ波を用いた光デバイス、特に、コプレーナ線路などの平面線路を用いたデバイスに対し、高周波特性を改善する効果を有する。

以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。ここでは、光変調器を中心に説明する。
光変調器を構成する基板としては、電気光学効果を有する材料、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３；以下、ＬＮという）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料から構成され、特に、光導波路デバイスとして構成しやすく、かつ異方性が大きいという理由から、ＬｉＮｂＯ_３結晶、ＬｉＴａＯ_３結晶、又はＬｉＮｂＯ_３及びＬｉＴａＯ_３からなる固溶体結晶を用いることが好ましい。

光変調器を製造する方法としては、ＬＮ基板上にＴｉを熱拡散させて光導波路を形成し、次に、光導波路中の伝搬損失の低減およびマイクロ波と光波の速度整合のため、ＬＮ基板上にＳｉＯ_２等の誘電体のバッファ層を設ける。さらに金メッキ法などにより数１０μｍの高さのコプレーナ構造の電極を構成するのが一般的である。

光変調器の駆動方法としては、基板上に形成された信号電極及び接地電極に高周波のマイクロ波を印加し、信号電極及び接地電極間に発生する電界により光導波路の屈折率を変化させ、該光導波路を通過する光の位相を変化させる。さらに必要に応じて、位相変化を有する複数の光を合波させ、光強度変調を行うことも可能である。

本発明の特徴は、光変調器などの基板に設けられた信号電極及び接地電極などの平面線路と、マイクロ波を伝送する同軸線路との接続構造に特徴を有する。
信号線の接続構造としては、図２に示した、信号用接続部材１２を用いるが、平面部ａである基板上の信号電極との接合部の形状は、図５が示すように、先端がテーパ状に形成され、超音波圧着などにより信号電極２に接合されている。
詳細には、接合部の同軸線路側の幅ｗ１は、信号電極の幅ｗ１’より幅広であり、接合部の先端部の幅ｗ２は、同じ位置の信号電極の幅ｗ２’以下の幅に構成されている。
このため、図３のような従来例と比較して、同軸線路から平面線路へ平面状態の電極の幅が連続的に変化しているため、双方の線路間の変換をスムーズに行うことが可能となる。
なお、平面部ａの形状は、図５において台形状を例示したが、先端部を先鋭化した三角形状とすることも可能である。

図５に示した信号線の接続方法を、高速ＬＮ光変調器に用いて、電気反射特性を測定した結果を、図６に示す。これによると、特に１５ＧＨｚ以上において、周波数特性の改善が見られた。
本発明では、信号用接続部材の接合部において、同軸線路側の幅と平面線路側の先端部の幅との両者を規定しているが、いずれか一方の条件を満たす場合でも、ある程度の高周波特性の改善が見られることは言うまでも無い。

次に、接地部分の接続構造について説明する。
図４に示すように、接地用接続部材（接続部材１０’の筐体自体が接地用接続部材を担っている）に切り欠け部１１を設け、接地用接続部材と基板上の接地電極とをワイヤ等でボンディングを行う。
このような接地用接続部材１０’上に、図７に示すような導電性の蓋部材１３を被せ、接地用接続部材１０’と蓋部材１３とを接合し、電気的に一体化させる。
該蓋部材１３には、同軸線路に対応した凹部１４が形成されており、同軸線路が基板１の近傍まで伸びている場合と同じ効果を有するように構成されている。

また、蓋部材１３には、ワイヤボンディング等の電気的接続手段に対応して切り欠け部１５を形成しており、該電気的接続手段を避けて蓋部材を接地用接続部材１０’に密着させることができる。

図７に示した蓋部材を用いて、高速ＬＮ光変調器の電気反射特性を測定した結果を、図８に示す。これによると、特に１５ＧＨｚ以上において、周波数特性の改善が見られた。

さらに、図９に示すように、蓋部材１６の平面線路側を傾斜させることにより、同軸線路の一部を形成する凹部１７が、同軸線路側から平面線路側に近接するに従い、同軸形状の上部が徐々に開放されるように形成されている。
これにより、同軸線路において信号線を中心に放射状に発生している電界を、平面線路のような横方向の電界に、徐々に変化させることが可能となり、同軸線路と平面線路との円滑な変換を実現することが可能となる。

また、図１０に示すように接地用接続部材１０’と基板１との間に跨るような蓋部材を設けることにより、同軸線路と平面線路との状態変化を、接地用接続部材１０’と基板１との境目で明確に区別することを抑制するため、線路の状態変化をより円滑に行うことが可能となる。

平面線路としてコプレーナ線路を利用する場合には、コプレーナ線路と同軸線路との接続部分において、コプレーナ線路のＧＮＤ−ＧＮＤ間の幅（信号電極を挟む接地電極間の内側の幅）を、同軸線路のＧＮＤ導体径（内径）以下にすることにより、高周波のマイクロ波の基板への漏洩をさらに防止することが可能となる。上述した接地用接続部材や蓋部材を用いる場合においては、上記同軸線路のＧＮＤ導体径は、これらの部材とコプレーナ線路との接続部分における、接地用接続部材又は蓋部材の信号線を取り囲むＧＮＤ導体（接地された導体部分）の内径を意味する。

本発明は、以上に説明した技術的事項に限らず、例えば、信号線に係る技術と接地部分に係る技術を共に併せ持つ接続構造など、上記技術を種々組み合わせ、同軸線路と平面線路との変換をより円滑に行うものも含むものである。

以上説明したように、本発明によれば、信号用接続部材の接合部の形状や接地用接続部材に係る蓋部材等を設けることにより、接地部分の接続作業などを簡便な状態に維持しながら、同軸線路と平面線路との接続部におけるマイクロ波の反射や漏洩などによる伝播損失を抑制することが可能となる。

従来の接続構造を示す図。 従来の信号用接続部材を示す図。 従来の信号用接続部材と信号電極との接続状態を示す図。 従来の切り欠け部を有する接続構造を示す図。 本発明の信号用接続部材と信号電極との接続状態を示す図。 本発明の信号線に係る接続構造を採用した場合の測定結果を示す図。 本発明の蓋部材を用いた接続構造を示す図。 本発明の接地部分に係る接続構造を採用した場合の測定結果を示す図。 本発明の蓋部材に係る応用例を示す図。 本発明の蓋部材に係る他の応用例を示す図。

符号の説明

１ 基板
２ 信号電極
３ 接地電極
４ ワイヤなどの接続部
５ リボンなどの接続部
１０ 接続部材（接地用接続部材）
１２ 信号用接続部材
１３ 蓋部材
２０ コネクタ

Claims (8)

1. 同軸線路と平面線路とを接続する高周波線路の接続構造において、
   同軸線路の接地部と平面線路の接地電極とを接続する接地用接続部材を設け、該接地用接続部材に該平面線路の接地電極の面と略平行な切り欠け部が形成されると共に、該切り欠け部に取り付けられ略同軸形状を形成する蓋部材を有することを特徴とする高周波線路の接続構造。
2. 請求項１に記載の高周波線路の接続構造において、該接地用接続部材と該平面線路の接地電極とをボンディング手段で接続すると共に、該蓋部材にボンディング手段を避ける切り欠け部を設けたことを特徴とする高周波線路の接続構造。
3. 請求項１又は２に記載の高周波線路の接続構造において、該蓋部材は、同軸線路側から平面線路側に近接するに従い、該略同軸形状の上部が徐々に開放されるように傾斜が形成されていることを特徴とする高周波線路の接続構造。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の高周波線路の接続構造において、該蓋部材の一部は該平面線路上に突出するように構成されていることを特徴とする高周波線路の接続構造。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の高周波線路の接続構造において、該平面線路がコプレーナ線路であることを特徴とする高周波線路の接続構造。
6. 請求項５に記載の高周波線路の接続構造において、該コプレーナ線路のＧＮＤ−ＧＮＤ間の幅が、同軸線路のＧＮＤ導体径以下であることを特徴とする高周波線路の接続構造。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の高周波線路の接続構造において、該平面線路が電気−光変換又は光−電気変換用の光デバイスに設けられた線路であることを特徴とする高周波線路の接続構造。
8. 請求項７に記載の高周波線路の接続構造において、該光デバイスは、光変調器であることを特徴とする高周波線路の接続構造。
   

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