JP2017102251A - 光変調器モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光変調器集積半導体レーザ、高周波信号を伝送するための信号線路、および終端抵抗を基板上に実装した光変調器モジュールにおいて、光変調器モジュールの小型化とパッド面積拡大による周波数帯域劣化の回避を同時に満足する。【解決手段】光変調器４の導波路延伸方向に対して、信号線路６と終端抵抗８とを、同じ側に配置することにより、光変調器モジュール１を小型化できる。光変調器４のボンディングパッド１０にワイヤ１１（ａ）とワイヤ１１（ｂ）を重ねて打つので、パッド面積を拡大する必要がなく周波数帯域を維持できる。【選択図】図１

Description

この発明は、光ファイバ通信用の光送信器などに用いられる光変調器モジュールに関し、特にその実装構造に関する。

高速・長距離用の光ファイバ通信用光送信器の光源として、半導体基板上に半導体レーザと半導体光変調器をモノリシックに集積した光変調器集積半導体レーザが有用である。光変調器集積半導体レーザを光変調器モジュールとして実装する方法として、特許文献１のように、高周波信号を伝送するための信号線路と終端抵抗の間に光変調器集積半導体レーザを配置し、２本のワイヤボンドを直線上に打って接続する構造、および、特許文献２のように、信号線路と終端抵抗を光変調器集積半導体レーザに対して同じ側に配置して、２本のワイヤボンドを打って接続する構造が知られている。
また、特許文献３のように、ワイヤボンディングを重ねて打つ方法が知られている。

特開平９−９０３０２号公報（要約、図１） 特開平１０−２７５９５７号公報（段落００１９〜００２３、図６） 特開平１０−１２５７１０号公報（段落０００９〜００１３）

ところで、近年は光変調器モジュールに対してより一層の小型化が要求されており、この場合、特許文献２のように信号線路と終端抵抗を光変調器集積半導体レーザの導波路延伸方向に対して、左右どちらか同じ側に配置した方が有利である。しかし、そのような配置にした場合には、スティッチボンディングによる連続ワイヤが採用できなくなる。その理由は、連続ワイヤは特許文献１のように、ワイヤボンディングの３点間が概ね一直線に並んだ場合にのみ安定して形成できるものであり、３点間のなす角が１７５度未満になるとワイヤ形状が安定しないためである。このため、特許文献２の構造ではパッド面積を大きくしてワイヤボンドを２本に分けて打たねばならず、寄生容量の増加による電気信号の周波数帯域劣化を伴う。
このように、信号線路と終端抵抗を半導体光変調器の導波路延伸方向に対して左右どちらか同じ側に配置した構造を適用すると、モジュールサイズを縮小してコストを低減することができるが、パッド面積拡大による周波数帯域劣化が発生するという問題がある。
この発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、信号線路と終端抵抗を半導体光変調器の導波路延伸方向に対して左右どちらか同じ側に配置してモジュールサイズを縮小することと、パッド面積拡大による周波数帯域劣化の回避を同時に満足することができる光変調器モジュールを提供することを目的とする。

この発明の光変調器モジュールは、基板上に設置され、半導体レーザから出力されるレーザ光を高周波電気信号に基づき変調する半導体光変調器と、高周波信号を伝送するための信号線路と、信号線路を終端させるための終端抵抗と、半導体光変調器の信号入力パッドと信号線路との間を接続する第１のワイヤと、信号入力パッドと終端抵抗の非接地側のパッドとの間を接続する第２のワイヤとを備え、信号線路と終端抵抗は半導体光変調器の導波路延伸方向の左右どちらか同じ側に設置され、信号入力パッドは、第１のワイヤ、又は第２のワイヤのどちらか大きい方を単独にボンディングできる面積より大きく、かつ、第１のワイヤと第２のワイヤとを並列してボンディングできる面積より小さく、
第１のワイヤと前記第２のワイヤとは、信号入力パッド上で重ねてボンディングされることを特徴とする。

この発明においては、モジュールサイズの縮小と、周波数帯域劣化の回避を同時に満足することができる

この発明の実施の形態１における光変調器モジュールの構造を模式的に表す図である。 この発明の実施の形態１のワイヤの重ね打ち部分の拡大図である。 この発明の実施の形態２における光変調器モジュールの構造を模式的に表す図である。 この発明の実施の形態２のバンプとワイヤの重ね打ち部分の拡大図である。

本発明の実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ、又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１における光変調器モジュールの実装構造を模式的に表す図であり、（ａ）はその上面図、（ｂ）はその側面図である。図１において、１は光変調器モジュール、２はサブマウント、３は光変調器４と半導体レーザ５が同一の半導体基板上に形成された光変調器集積半導体レーザ、６は誘電体基板７上に形成された高周波信号を伝送するための信号線路、８は信号線路６を終端させるための終端抵抗である。

信号線路６にはボンディングパッド９が形成され、光変調器４には信号入力パッドとなるボンディングパッド１０が形成され、ワイヤ１１（ａ）により接続される。
また、終端抵抗８の一端にはボンディングパッド１２が接続され、他端はスルーホール１３を介してサブマウント２の裏面に接地される。ボンディングパッド１２とボンディングパッド１０は、ワイヤ１１（ｂ）で接続される。１１（ｃ）は、ボンディングパッド９と１０を結ぶ直線と、ボンディングパッド１２と１０を結ぶ直線とがなす角度、言い換えると、ワイヤ１１（ａ）とワイヤ１１（ｂ）とがなす角度である。
１４は光変調器４を外部から駆動する高周波信号源であり、信号線路６と接続される。

光変調器モジュール１の小型化のため、光変調器４の導波路延伸方向に対して、信号線路６と終端抵抗８とが、同じ側に配置されている。
特許文献１の図１のように、光変調器４の導波路延伸方向に対して、信号線路６と終端抵抗８とが異なる側に配置され、信号線路６、光変調器４、および終端抵抗８のボンディングパッドの３点間がほぼ直線上にある場合は、３点間を１本の連続したワイヤによりスティッチボンディングすることができる。しかし、本実施の形態では、ボンディングパッド３点間のなす角度１１（ｃ）は５度から１７５度、好ましくは３０度〜１５０度程度、この図の例では約６０度であり、直線上、すなわち１８０度にはできないため、１本の連続したワイヤでボンディングすることができない。

このため、この実施の形態においては、ワイヤ１１（ａ）とワイヤ１１（ｂ）は、以下のように２本に分けてボンディングされる。ボンディングは、特許文献３と同様のワイヤボンダを用いて、金線やアルミ線などによりおこなう。
まず、ワイヤ１１（ａ）を接続するため、ワイヤボンダのキャピラリの先端にボールを形成し、キャピラリを信号線路６のボンディングパッド９の上に移動し、ボールボンディングをおこなう。続いてワイヤを繰り出しながら、ワイヤボンダのキャピラリを光変調器４のボンディングパッド１０の上に移動し、ウェッジボンディングをおこない、ワイヤを切断する。図２は、ワイヤ１１（ａ）のウェッジボンディング部分の拡大図であり、ワイヤが押しつぶされて扁平化した形状となる。
なお、ウェッジボンディング後にワイヤを切断するか、切断せずに連続してスティッチボンディングするかは、ワイヤボンダのクランプ機構を用いて選択することができ、ワイヤをクランプしてキャピラリを持ち上げれば切断され、クランプしなければスティッチボンディングすることができる。

次に、ワイヤ１１（ｂ）を接続するため、ワイヤボンダのキャピラリの先端にボールを形成し、キャピラリを光変調器４のボンディングパッド１０の上に移動し、ウェッジボンディングにより扁平化したワイヤ１１（ａ）の上に重ねて、ボールボンディングをおこなう。続いてワイヤを繰り出しながら、ワイヤボンダのキャピラリを終端抵抗８のボンディングパッド１２の上に移動し、ウェッジボンディングをおこない、ワイヤを切断する。
図２は、ワイヤ１１（ｂ）のボールボンディング部分の拡大図であり、ワイヤ１１（ａ）のウェッジボンディング部分の上に、ワイヤ１１（ｂ）のボールボンディング部分が重ね打ちされている。
以上のようにして図１の光変調器モジュールが完成する。

上記の手順の代わりに、ワイヤ１１（ｂ）の接続の際に、最初に終端抵抗８のボンディングパッド１２の上にボールボンディングをおこない、続いてウェッジボンディングにより扁平化したワイヤ１１（ａ）の上に重ねて、ウェッジボンディングをおこなうこともできるが、ウェッジボンディングの上にボールボンディングを重ねた方が、ワイヤを切断する際に光変調器４に与えるダメージを軽減することができる。

また、ワイヤ１１（ａ）とワイヤ１１（ｂ）の順番を入れ替えて、最初にワイヤ１１（ｂ）を接続するために、ボンディングパッド１２にボールボンディングし、続いてボンディングパッド１０にウェッジボンディングをおこないワイヤを切断し、次にワイヤ１１（ａ）を接続するために、ボンディングパッド１０にボールボンディングをおこない、続いてボンディングパッド９にウェッジボンディングをおこない、ワイヤを切断しても良い。

光変調器４のボンディングパッド１０は、ワイヤ１１（ａ）、またはワイヤ１１（ｂ）のどちらか大きい方を単独にボンディングできる面積より大きく、ワイヤ１１（ａ）とワイヤ１１（ｂ）とを並列してボンディングできる面積より小さくする。これにより、信号入力パッドの容量を小さくすることができ、パッド面積拡大による帯域劣化を回避することができる。たとえば２５μｍΦの金線を用いる場合、パッドの大きさはボール部分の大きさを考慮して、５０μｍ角/本程度以上である。２本ワイヤを打つ場合は、５０μｍ角ｘ２の面積が必要となるが、本実施の形態では５０μｍ角とすることができる。

以上のように、実施の形態１では、光変調器４の導波路延伸方向に対して、信号線路６と終端抵抗８とが、同じ側に配置されているので、光変調器モジュール１を小型化できるとともに、光変調器４のボンディングパッド１０にワイヤを重ねて打つので、パッド面積を拡大する必要がなく周波数帯域を維持できるという効果がある。
これにより、モジュールサイズ縮小によるコスト低減と、パッド面積拡大による周波数帯域劣化の回避を同時に満足することができる。

実施の形態２
図３は、実施の形態２における光変調器モジュールの実装構造を模式的に表す図であり、（ａ）はその上面図、（ｂ）はその側面図である。図３において、３１はバンプであり、実施の形態１と同一符号は、実施の形態１と同一または相当する構成要素である。
本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、光変調器４のボンディングパッド１０の上にバンプ３１が形成され、その上にワイヤ１１（ａ）とワイヤ１１（ｂ）が打たれる点にある。バンプ３１が緩衝材の役割を果たすことで、実施の形態１に比べて、ワイヤボンド時の光変調器４へのダメージを軽減することができる。

バンプ３１の形成は、以下のようにおこなう。
まず、ワイヤボンダのキャピラリの先端にボールを形成し、キャピラリを光変調器４のボンディングパッド１０の上に移動し、ボールボンディングをおこなう。キャピラリを上方に移動する際に、クランプ機構によりワイヤをクランプしてキャピラリを移動することにより、ワイヤがボールの根元から切断され、ボンディングパッド１０の上にバンプ３１が形成される。

その後は、実施の形態１と同様に、ワイヤ１１（ａ）とワイヤ１１（ｂ）を接続して図１の光変調器モジュールが完成する。

上記の実施の形態１および２では、光変調器集積半導体レーザを用いる例を示したが、光変調器集積半導体レーザの代わりに、単体の光変調器や、光変調器集積半導体レーザにさらにＳＯＡなど集積した半導体光素子を用いることもできる。
また、ワイヤボンダを用いてバンプを形成したが、半導体のウエハプロセスを用いて形成してもよい。

１ 光変調器モジュール
２ サブマウント
３ 光変調器集積半導体レーザ
４ 光変調器
５ 半導体レーザ
６ 信号線路
８ 終端抵抗
９、１０、１２ ボンディングパッド
１１（ａ）、１１（ｂ） ワイヤ
３１ バンプ

Claims (4)

1. 基板と、
   前記基板上に設置され、半導体レーザから出力されるレーザ光を高周波電気信号に基づき変調する半導体光変調器と、
   前記基板上に設置され、前記高周波信号を伝送するための信号線路と、
   前記基板上に設置され、前記信号線路を終端させるための終端抵抗と、
   前記半導体光変調器の信号入力パッドと前記信号線路との間を接続する第１のワイヤと、
   前記信号入力パッドと前記終端抵抗の非接地側のパッドとの間を接続する第２のワイヤと、を備え、
   前記信号線路と前記終端抵抗は前記半導体光変調器の導波路延伸方向の左右どちらか同じ側に設置され、
   前記信号入力パッドは、前記第１のワイヤ、又は前記第２のワイヤのどちらか大きい方を単独にボンディングできる面積より大きく、かつ、前記第１のワイヤと前記第２のワイヤとを並列してボンディングできる面積より小さく、
   前記第１のワイヤと前記第２のワイヤとは、前記信号入力パッド上で重ねてボンディングされることを特徴とする光変調器モジュール。
2. 前記第１のワイヤと前記第２のワイヤの重ね方が、ウェッジボンディングにより扁平化したワイヤの上に、ボールボンディングのボール部が重ねられたものであることを特徴とする請求項１に記載の光変調器モジュール。
3. 前記信号入力パッドの上にバンプが形成され、その上に前記第1のワイヤと前記第２のワイヤがボンディングされることを特徴とする請求項１に記載の光変調器モジュール。
4. 前記半導体光変調器が、光変調器と半導体レーザが集積された光変調器集積半導体レーザであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光変調器モジュール。

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