JP3823102B2

JP3823102B2 - Optical transmission module

Info

Publication number: JP3823102B2
Application number: JP2003198911A
Authority: JP
Inventors: 善昭丹羽; 英之 ▲桑▼野; 直樹松嶋; 哲哉加藤; 将大平井
Original assignee: 日本オプネクスト株式会社
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2023-07-18
Also published as: JP2005038984A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ通信に用いられ、電気信号を光信号に変換する発光素子もしくは変調素子もしくは変調器付発光素子において、特に良好な高周波特性が要求される光通信に用いて好適な光伝送モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、特開２００１−３０８１３０号公報に開示された従来の光伝送モジュールの上面図で、図８は、図７の従来例のリターンロスＳ１１を示す。
【０００３】
図７においては、導電性ベース基板上１１に、変調器付発光素子２０が実装されたヒートシンク１３と、伝送線路１７を形成した誘電体基板１２と、インピーダンス整合用の終端抵抗であるマッチング抵抗１４が配設した構成となっている。
【０００４】
誘電体基板１２上の伝送線路１７は高周波電気信号を伝送するコプレーナ型の線路で信号線路１８の両側にグランド線路１９が配設されている。
【０００５】
変調器付発光素子２０は裏面電極により発光素子２２および外部変調素子２１がヒートシンク１３と電気的に接続され、ヒートシンク１３を介し接地され、一方、グランド線路１９、マッチング抵抗１４の一端はビアホール２３を介してベース基板１１に接地され、それぞれ同一電位にされている。
【０００６】
各部品間の配線は、信号線路１８から外部変調器２１上面の電極パットを介してマッチング抵抗１４へ、変調器付発光素子２０の光源である発光素子２２にはワイヤボンディング１５、１６によって各々接続されている。また、発光素子２２は、ぺデスタル（浮きパット）にワイヤボンデング２４によって接続される。
【０００７】
上記従来技術においては、信号線路１８に外部より高周波信号が入力され、信号に基づく光変調を行い、光結合系（図示せず）を介して光ファイバ（図示せず）へ入射する。なお、高周波信号は２〜１０ＧＨｚである。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−３０８１３０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように電気信号にて発光素子若しくは変調素子若しくは変調器付発光素子を変調する場合、信号源から見たこれら回路のインピーダンスと、回路から見た信号源のインピーダンスとが一致しないときは、信号源からの入力信号のすべてが素子へ到達せず、反射成分として信号源へ戻る。一般にこの反射成分はリターンロスＳ１１と呼ばれ、この値が大きい場合電気信号の波形に乱れが生じる。光伝送モジュールにおいて、特に光信号を高い周波数・長い距離で受信側まで誤りなく伝送したときに良好な光波形を得るためにはリターンロスＳ１１を小さくすることが求められる。このため、伝送路・抵抗等はこれを考慮して特性インピーダンスの整合をとった設計がなされている。
【００１０】
しかし、実際には伝送路・抵抗は有限のサイズを有しており、このサイズに起因した反射が発生してしまう。抵抗自身も特性上無視できないサイズを有しており、抵抗値を信号源や伝送路と同じ値に設定してもその部分で必ず反射は発生してしまう。
【００１１】
また従来例の場合、外部変調器と抵抗を接続するワイヤボンディング用電極パットと、ベース基板とで容量成分を持つため、より特性に悪影響を及ぼす。
【００１２】
上記従来技術においてのリターンロスＳ１１解析結果を図８に示す。このとき、１０ＧＨｚにおいて良好な光波形を得るのにリターンロスＳ１１の余裕があるとは言い難く、例えば伝送線路形成時の誤差など、各構成部品の寸法や搭載位置、特性の誤差を考慮すると、特に長距離・大容量伝送を実施する場合において製造上歩留まりが低下するという課題があった。
【００１３】
本発明の目的は、上記課題を鑑みて、駆動回路を通し発光素子もしくは外部変調素子に流れ込む電気信号が、終端部の抵抗サイズに起因する反射を少なくし、広帯域な光変調特性の光伝送モジュールを実現することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、伝送線路の終端を目的とした抵抗素子及び該抵抗素子の側方近傍にグランド線路が配設されたコプレーナ型若しくはコプレーナスプリット型の線路を前記伝送線路が形成された基板に備えたことを特徴とする光伝送モジュールである。
【００１５】
また、本発明は、前記終端抵抗素子における特性インピーダンスが前記伝送線路における特性インピーダンスと±５％の範囲内で整合がとられていることを特徴とする。即ち、前記終端抵抗素子及び電極パットの幅と、前記終端抵抗素子及び電極パットとグランド線路との間隔とを、前記伝送線路の特性インピーダンスと同等の値（±５％範囲内）になる構成とする。
【００１６】
また、本発明は、前記終端抵抗素子を、前記伝送線路の信号線路又は該信号線路に接続された電極パットから信号伝搬方向に対して交差する方向（ほぼ垂直方向も含む）に伸ばして前記グランド線路に接続するように形成したことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記終端抵抗素子を、前記伝送線路の信号線路又は該信号線路に接続された電極パットから分岐して前記グランド線路に接続するように形成したことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記伝送線路の信号線路の端部と前記光素子の電極との間をワイヤ若しくはリボンで接続し、前記光素子の電極と前記抵抗素子の所定の箇所に設けられた電極パットとの間をワイヤ若しくはリボンで接続して構成したことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、前記基板の材質がセラミック若しくはシリコンであるのことを特徴とする。前記終端抵抗素子及び電極パットの幅と、前記終端抵抗素子及び電極パットとグランド線路との間隔とを、信号源及び伝送線路の特性インピーダンスと同等の値（±５％範囲内）になる構成とする。
【００２０】
以上説明した構成によれば、終端抵抗素子及び電極パットが特性インピーダンスの整合がとれたコプレーナ型若しくはコプレーナスプリット型の線路の一部としてほぼ集中定数と見なすことができるので、駆動回路を通し発光素子若しくは変調素子若しくは変調器付発光素子に流れ込む電気信号の反射を少なくすることができ、その結果、広帯域な光変調特性の光伝送モジュールを実現することが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の光伝送モジュールの実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２２】
図１（ａ）（ｂ）は各々本発明に係る光伝送モジュールの基板の２つの基本構成を示す図である。図２（ａ）〜（ｄ）は各々本発明に係る伝送線路の信号線路から信号伝搬方向に対して交差する複数方向に分岐する終端抵抗素子の実施例を示す図である。図３（ａ）（ｂ）は各々終端抵抗素子の異なるトリミング形状を示す図である。図４は図１（ａ）（ｂ）及び図２（ａ）〜（ｄ）に示す各種終端抵抗形状における解析された結果である周波数［ＧＨｚ］に対するリターンロスＳ１１［ｄＢ］を示す図である。
【００２３】
まず、本発明に係る光伝送モジュールの第１の基本構成について図１（ａ）を用いて説明する。即ち、第１の基本構成は、図１（ａ）に示す様に、電気信号を伝える高周波伝送線路Ｌ１と終端を目的とした抵抗素子Ｒ１とが形成されたベースとなる基板１に、発光素子もしくは変調素子もしくは変調器付発光素子の光素子２が搭載されている。
【００２４】
基板１はセラミックもしくはシリコンなどの材質が適しており、伝送線路Ｌ１、光素子搭載用はんだパターン３、薄膜の終端抵抗素子Ｒ１をウエハプロセスにより一括に形成している。これにより大量生産・低価格化には好適である。また、これら両材質のうち、セラミックは信号の損失が少なく比較的長い信号路の形成が可能であり、一方シリコンはレンズ等の光学素子を位置決めするためのＶ溝を容易に形成できるため、発光素子を精度よく搭載するためのインデックス（図示せず）や、上記レンズ等の光学素子を搭載する超高精度位置決め用溝を具備することが可能であり、組立精度の向上・工程の短縮や、部品点数の削減・低背化ができ、価格低減によい。
【００２５】
伝送線路Ｌ１は、信号線路Ｌ１１の両側をグランド線路Ｌ２１に挟まれたコプレーナ型の伝送線路としており、その特性インピーダンスは外部の信号源（図示せず）と同じく、例えば５０Ωに設計し、作製時±５％以内になる様に設定している。なお、伝送線路Ｌ１としては、グランド線路がスプリットされたコプレーナスプリット型の伝送線路であってもよい。そして、伝送線路Ｌ１の信号線路Ｌ１１の端部と光素子２の電極との間はワイヤ若しくはリボンＷ１によってボンディング接続されている。
【００２６】
また、信号線路Ｌ１１には光伝送モジュールの仕様に応じてインピーダンス調整を行うための抵抗素子Ｒｄを具備してもよく、必要に応じてワイヤ若しくはリボンボンディングなどでオープン／ショートすることで調整する。ショートとは、抵抗素子Ｒｄの両端をワイヤボンディング接続する場合であり、オープンとは接続しない場合である。
【００２７】
はんだパターン３にはＡｎ／Ｓｎ等のはんだが用いられ、発光素子もしくは変調素子もしくは変調器付発光素子の光素子２が搭載されて電気的に接地が行なわれる。即ち、光素子２は、はんだパターン３を介して接地されることになる。
【００２８】
終端を目的とする抵抗素子Ｒ１は、材質にＴａ_２Ｎなどを用い、図示の通り伝送線路Ｌ１の先端から信号の伝搬方向に向かって伸びて、両側をグランド線路Ｌ２１に挟まれたコプレーナ型の線路で形成すべく形成されている。勿論、伸びた終端抵抗素子Ｒ１の側方近傍にグランド線路Ｌ２１が配設されたコプレーナスプリット型の線路で形成してもよい。そして、上記終端抵抗素子Ｒ１の抵抗値は伝送線路Ｌ１と同じく例えば５０Ωに調整され、終端抵抗素子Ｒ１の一端はワイヤ若しくはリボンボンディング用電極パットＰ１に接続され、他端はグランド線路Ｌ２１に接続されて接地されている。更に、光素子２の電極パターンと電極パットＰ１との間はワイヤＷ２によりボンディング接続される。これにより、抵抗素子Ｒ１は、他端をグランド線路Ｌ２１に接続された終端を目的とすることが可能となり、しかも、側方にグランド線路Ｌ２１が配設されたコプレーナ型若しくはコプレーナスプリット型の線路を形成して伝送線路Ｌ１と同じく例えば５０Ωに調整された特性インピーダンスを得ることが可能となる。
【００２９】
この場合、終端抵抗素子Ｒ１及び電極パットＰ１は、両側に形成されたグランド線路Ｌ２１とで例えば５０Ωの特性インピーダンスとなる様に、終端抵抗素子Ｒ１及び電極パットＰ１の幅と、終端抵抗素子Ｒ１及び電極パットＰ１とグランド線路Ｌ２１との間隔とを設計することにより、図４に細い実線で示す通り、太い実線で示す従来例と比較してリターンロスＳ１１を抑制することが可能となる。例えば、周波数１０ＧＨｚにおいてリターンロスＳ１１が約５ｄＢが改善されていることが分かる。
【００３０】
次に、本発明に係る光伝送モジュールの第２の基本構成について図１（ｂ）を用いて説明する。第２の基本構成において、第１の基本構成との相違点は伸びた終端抵抗素子Ｒ２を少なくとも１本または複数本に分岐させたことにある。図１（ｂ）の場合は、両側にグランド線路Ｌ２２が配設された電極パットＰ１の他端とグランド線路Ｌ２２とを接続する終端抵抗素子Ｒ２の形状は、図示の通り信号線路Ｌ１２からグランド線路Ｌ２２へ信号伝搬方向に対し垂直な電界方向にほぼ平行な複数本に分岐して配設してコプレーナ型の線路を形成している。これは、信号線路Ｌ１２とグランド線路Ｌ２２との間に常に生じている信号伝搬方向と垂直方向の電界方向にほぼ向けて終端抵抗素子Ｒ２を配設することにより、つまり電界方向に対してほぼ平行に１本または複数本に分岐した例えばＴ字形状の終端抵抗素子Ｒ２を配設することにより、終端抵抗素子Ｒ２に流れる電流をスムーズに、つまり反射を少なく電流を流し、終端させる効果を狙ったものである。終端抵抗素子Ｒ２が１本の場合には、電極パットＰ１の他端と片側のグランド線路Ｌ２２との間に接続されることになる。また、終端抵抗素子Ｒ２は、上記信号伝搬方向に対して垂直方向を含めて傾き（交差する方向）を有して配設してもよい。
【００３１】
これによりリターンロスＳ１１は図４に示す通り、大幅に改善することが可能となる。図１（ｂ）に示す形状の場合、例えば、周波数１０ＧＨｚにおいては約２０ｄB改善されていることになる。なお、第２の基本構成においても、終端抵抗素子Ｒ２及び電極パットＰ１は側方近傍にグランド線路Ｌ２２が配設されたコプレーナ型もしくはコプレーナスプリット型の線路を形成し、伝送線路Ｌ２と同じく例えば５０Ωに調整された特性インピーダンスを得るように、終端抵抗素子Ｒ２及び電極パットＰ１の幅と、終端抵抗素子Ｒ２及び電極パットＰ１とグランド線路Ｌ２２との間隔とが設計される。
【００３２】
第２の基本構成における様々な変形例を図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す。
【００３３】
図２（ａ）は、伝送線路Ｌ２の信号線路Ｌ１２の端部に直接終端抵抗素子Ｒ２を接続してコプレーナ型若しくはコプレーナスプリット型の線路を形成している。そして、信号線路Ｌ１２の端部と光素子２の電極との間でワイヤ若しくはリボンＷ１をボンディング接続して構成する。その結果、リターンロスＳ１１は図４に長い鎖線で示す通り、大幅に改善されていることが分かる。
【００３４】
また、図２（ｂ）は、図１（ｂ）の構成とほぼ同様に、光素子２の電極との間でワイヤ若しくはリボンＷ２でボンディング接続された電極パットＰ１の他端に上記電界方向に対してほぼ平行に一本の終端抵抗素子Ｒ２の中間部を繋げて構成した。その結果、リターンロスＳ１１は図４に２点鎖線で示す通り、大幅に改善されていることが分かる。
【００３５】
また、図２（ｃ）は、光素子２の電極との間でワイヤ若しくはリボンＷ２でボンディング接続された電極パットＰ１の他端にT字状の終端抵抗素子Ｒ２を繋げて構成した。その結果、リターンロスＳ１１は図４に短い鎖線で示す通り、より大幅に改善されていることが分かる。特に、周波数１０ＧＨｚにおいては、リターンロスＳ１１として約５０ｄＢより大幅に改善されていることが分かる。
【００３６】
また、電流は電界方向に力を受けるのと他に、当然信号伝搬方向にも受けているので、図２（ｄ）に示すように終端抵抗素子Ｒ２を電界方向だけではなく、信号伝搬方向成分を持つように配設したり、信号伝搬方向に対してある傾斜角度を持たせるように配設することにより、更にリターンロスＳ１１を図4に細い1点鎖線で示すように、リターンロスＳ１１は、図１（ｂ）及び図２（ａ）に示す形状よりも改善していることが分かる。
【００３７】
また、図2（ｂ）〜（ｄ）に示すように例えば発光素子の電極から終端抵抗素子Ｒ２の端部である電極パットＰ１へ、インダクタンスの効果があるワイヤ若しくはリボンＷ２でボンディング接続して配線することにより、発光素子上の電極と裏面グランド線路Ｌ２２との間、即ち発光素子上下面で生ずる容量成分Ｃを打ち消すことができるため、よりリターンロスＳ１１が少なく、広帯域な特性を得ることが可能となる。
【００３８】
薄膜プロセスにより抵抗を作製する場合は抵抗値のばらつきを抑制するためレーザトリミングなどの手法による抵抗値の調整が用いられるが、このときトリミング１０の形状は図３（ａ）の様な方法が最も良く、次に図３（ｂ）の様に実施するとリターンロスＳ１１はよい。
【００３９】
なお、図１（ａ）、（ｂ）双方について、信号線路や光信号源である発光素子の配線にはワイヤボンディングもしくはリボンボンディングによって図示の通りに接続される。
【００４０】
【実施例】
以下、本発明に係る光伝送モジュールの実施例について説明する。
【００４１】
図５には光伝送モジュールの基板の実施例を示す。図６には本実施例でのリターンロスＳ１１のグラフを表す。
【００４２】
本実施例では、基板１にはシリコンを選択し、基板上には伝送路Ｌ３と、はんだパターン５、薄膜抵抗素子Ｒ３とレンズ搭載用のＶ溝６と光素子搭載用インデックス７を一括に作製した。
【００４３】
伝送線路Ｌ３は、基板１との絶縁を目的としたＳｉＯ_２等の酸化膜（絶縁膜）を堆積させた上に、図５の様な信号線路Ｌ１３の両側にグランド線路Ｌ２３を配設した例えば５０Ωのコプレーナ型の伝送線路とした。なお、線路メタライズ膜構成はＴｉＰｔＡｕとし、表皮効果を考慮してＡｕ厚を２μｍ以上とした。そして、信号線路Ｌ１３の端部と光素子である変調器付発光素子８の電極との間を、ワイヤ若しくはリボンＷ１でボンディング接続した。
【００４４】
終端を目的とした抵抗素子Ｒ３は、リターンロスＳ１１と基板サイズ小型化の観点から、図示の通り、変調器付発光素子８の電極との間でワイヤ若しくはリボンＷ２でボンディング接続された電極パットＰ１を含めてＴ字形状を選択し、終端抵抗素子Ｒ３の幅と、終端抵抗素子Ｒ３とグランド線路Ｌ２３との間の間隔とを最適化し、インピーダンス整合をとっている。また、抵抗値はレーザトリミングにより調整を行い、２つの抵抗の合成値が伝送線路Ｌ３と同様に５０Ωに設定し、誤差は±５％以内とするようにした。なお、抵抗材質にはＴａ_２Ｎを使用した。
【００４５】
光素子には変調器付発光素子８を用い、変調器付発光素子８の表面の電極パターン９とインデックス７とを画像認識し、変調器付発光素子８を精密搭載機により、基板はんだパターン５に高精度に搭載した。
【００４６】
また、変調器付発光素子８への配線はφ２５μｍ程度のＡｕワイヤを使用し、特にワイヤボンディングＷ２は素子容量Ｃを鑑みて、上記素子容量Ｃを打ち消すリアクタンスＬから長さを０．７ｍｍとした。
【００４７】
これにより、得られたリターンロスＳ１１が図６の通りである。これによると、リターンロスＳ１１は１０ＧＨｚで−３６ｄＢに改善された。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、光伝送モジュールにおいて低周波領域から高周波領域までの広い周波数範囲でリターンロスを低減することが可能な光伝送モジュールを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による、光伝送モジュールに使用する基板の基本構成を模式的に示す上面図である。
【図２】本発明の実施の形態による、光伝送モジュールに使用する基板に形成される終端抵抗素子の様々な形状を模式的に示す上面図である。
【図３】本発明に係る終端抵抗素子のトリミング形状を模式的に示す上面図である。
【図４】本発明の実施の形態による、各終端抵抗素子の形状におけるリターンロスＳ１１の解析結果を示す図である。
【図５】本発明の実施例による、光伝送モジュールの基板を模式的に示す上面図である。
【図６】本発明の実施例による、リターンロスＳ１１の解析結果を示す図である。
【図７】従来例の、光伝送モジュールに使用する基板を模式的に示す上面図である。
【図８】従来例の、リターンロスＳ１１を示す図である。
【符号の説明】
１…基板、２…光素子（発光素子若しくは変調素子若しくは変調器付発光素子）、３…はんだパターン、５…はんだパターン、６…V溝、７…インデックス、８…変調器付発光素子、９…電極パターン（電極）、１０…トリミング、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３…伝送線路、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３…信号線路、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３…グランド線路、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３…終端抵抗素子、Ｒｄ…抵抗素子、Ｓ１１…リターンロス、Ｐ１…電極パット、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３…ワイヤ若しくはリボンボンディング。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used in optical fiber communication, and is suitable for optical communication that requires particularly good high-frequency characteristics in a light-emitting element, a modulation element, or a light-emitting element with a modulator that converts an electrical signal into an optical signal. Regarding modules.
[0002]
[Prior art]
FIG. 7 is a top view of a conventional optical transmission module disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-308130, and FIG. 8 shows a return loss S11 of the conventional example of FIG.
[0003]
In FIG. 7, a heat sink 13 on which a light emitting element 20 with a modulator is mounted on a conductive base substrate 11, a dielectric substrate 12 on which a transmission line 17 is formed, and a matching resistor 14 that is a termination resistor for impedance matching. Is arranged.
[0004]
The transmission line 17 on the dielectric substrate 12 is a coplanar type line for transmitting a high-frequency electric signal, and ground lines 19 are disposed on both sides of the signal line 18.
[0005]
In the light emitting element 20 with a modulator, the light emitting element 22 and the external modulation element 21 are electrically connected to the heat sink 13 by the back electrode, and are grounded through the heat sink 13, while one end of the ground line 19 and the matching resistor 14 has a via hole 23. And grounded to the base substrate 11 through the same potential.
[0006]
The wiring between the components is connected from the signal line 18 to the matching resistor 14 via the electrode pad on the upper surface of the external modulator 21, and to the light emitting element 22 that is the light source of the light emitting element 20 with the modulator by wire bonding 15 and 16. Has been. The light emitting element 22 is connected to a pedestal (floating pad) by wire bonding 24.
[0007]
In the above prior art, a high-frequency signal is input to the signal line 18 from the outside, performs optical modulation based on the signal, and enters the optical fiber (not shown) through an optical coupling system (not shown). The high frequency signal is 2 to 10 GHz.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-308130
[Problems to be solved by the invention]
When modulating a light emitting element or a modulation element or a light emitting element with a modulator with an electrical signal as described above, when the impedance of these circuits viewed from the signal source does not match the impedance of the signal source viewed from the circuit, All of the input signal from the signal source does not reach the element and returns to the signal source as a reflection component. Generally, this reflection component is called a return loss S11, and when this value is large, the electric signal waveform is disturbed. In the optical transmission module, it is required to reduce the return loss S11 in order to obtain a good optical waveform particularly when an optical signal is transmitted to the receiving side without error at a high frequency and a long distance. For this reason, transmission lines, resistors, and the like are designed in consideration of the characteristic impedance matching.
[0010]
However, in reality, the transmission path / resistance has a finite size, and reflection due to this size occurs. The resistor itself has a size that cannot be ignored due to its characteristics, and even if the resistance value is set to the same value as that of the signal source or the transmission line, reflection always occurs at that portion.
[0011]
In the case of the conventional example, the wire bonding electrode pad for connecting the external modulator and the resistor and the base substrate have a capacitance component, so that the characteristics are further adversely affected.
[0012]
FIG. 8 shows the return loss S11 analysis result in the above prior art. At this time, it is difficult to say that there is a margin of return loss S11 to obtain a good optical waveform at 10 GHz. For example, when taking into account errors in the dimensions, mounting positions, and characteristics of each component, such as errors during transmission line formation, In particular, when carrying out long-distance and large-capacity transmission, there is a problem that the manufacturing yield decreases.
[0013]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an optical transmission module having a wide-band light modulation characteristic, in which an electric signal flowing into a light emitting element or an external modulation element through a drive circuit reduces reflection due to the resistance size of the terminal portion. Is to realize.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a resistance element for terminating a transmission line and a coplanar type or coplanar split type line in which a ground line is disposed near the side of the resistance element. The optical transmission module is provided on a substrate on which is formed.
[0015]
The present invention is characterized in that the characteristic impedance of the termination resistor is matched with the characteristic impedance of the transmission line within a range of ± 5%. That is, the width of the termination resistance element and the electrode pad and the interval between the termination resistance element and the electrode pad and the ground line have values equivalent to the characteristic impedance of the transmission line (within ± 5% range). To do.
[0016]
In the present invention, the termination resistance element is extended from a signal line of the transmission line or an electrode pad connected to the signal line in a direction crossing a signal propagation direction (including a substantially vertical direction) and the ground. It is formed so as to be connected to a track.
[0017]
Further, the present invention is characterized in that the termination resistor element is formed so as to be branched from a signal line of the transmission line or an electrode pad connected to the signal line and connected to the ground line.
[0018]
In the present invention, the signal line end of the transmission line and the electrode of the optical element are connected by a wire or a ribbon, and the electrode provided at a predetermined position of the electrode of the optical element and the resistance element It is characterized in that the pad is connected with a wire or ribbon.
[0019]
In the present invention, the material of the substrate is ceramic or silicon. A configuration in which the width of the termination resistance element and the electrode pad and the interval between the termination resistance element and the electrode pad and the ground line are equal to the characteristic impedance of the signal source and the transmission line (within ± 5% range); To do.
[0020]
According to the configuration described above, the termination resistor element and the electrode pad can be regarded as a lumped constant as a part of the coplanar type or coplanar split type line in which the characteristic impedance is matched. Alternatively, it is possible to reduce the reflection of the electric signal flowing into the modulation element or the light emitting element with a modulator, and as a result, it is possible to realize an optical transmission module having a broadband optical modulation characteristic.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of an optical transmission module of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
FIGS. 1A and 1B are diagrams showing two basic configurations of a substrate of an optical transmission module according to the present invention. FIGS. 2A to 2D are diagrams showing examples of termination resistance elements that branch from a signal line of a transmission line according to the present invention in a plurality of directions intersecting the signal propagation direction. FIGS. 3A and 3B are diagrams showing different trimming shapes of the terminating resistance elements. FIG. 4 is a diagram showing the return loss S11 [dB] with respect to the frequency [GHz], which is the result of analysis in the various termination resistor shapes shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) and FIGS. 2 (a) to (d). .
[0023]
First, the first basic configuration of the optical transmission module according to the present invention will be described with reference to FIG. That is, as shown in FIG. 1A, the first basic configuration is such that a light-emitting element is formed on a base substrate 1 on which a high-frequency transmission line L1 for transmitting an electric signal and a resistance element R1 for termination are formed. Or the optical element 2 of a light emitting element with a modulation element or a modulator is mounted.
[0024]
The substrate 1 is suitably made of a material such as ceramic or silicon, and the transmission line L1, the optical element mounting solder pattern 3, and the thin-film termination resistor element R1 are collectively formed by a wafer process. This is suitable for mass production and price reduction. Of these two materials, ceramics can form a relatively long signal path with little signal loss, while silicon can easily form a V-groove for positioning an optical element such as a lens. It is possible to provide an index (not shown) for mounting the element with high accuracy and a groove for positioning with an ultra-high accuracy for mounting an optical element such as the above lens, improving assembly accuracy, shortening the process, The number of parts can be reduced and the height can be reduced, which is good for price reduction.
[0025]
The transmission line L1 is a coplanar transmission line in which both sides of the signal line L11 are sandwiched by the ground line L21, and its characteristic impedance is designed to be, for example, 50Ω as in the case of an external signal source (not shown). It is set to be within ± 5%. The transmission line L1 may be a coplanar split transmission line in which the ground line is split. The end of the signal line L11 of the transmission line L1 and the electrode of the optical element 2 are bonded by a wire or ribbon W1.
[0026]
Further, the signal line L11 may be provided with a resistance element Rd for performing impedance adjustment according to the specification of the optical transmission module, and is adjusted by opening / shorting with a wire or ribbon bonding as necessary. A short circuit is a case where both ends of the resistance element Rd are connected by wire bonding, and an open state is a case where no connection is made.
[0027]
Solder such as An / Sn is used for the solder pattern 3, and the light emitting element, the modulation element, or the optical element 2 of the light emitting element with a modulator is mounted and electrically grounded. That is, the optical element 2 is grounded via the solder pattern 3.
[0028]
The resistive element R1 for termination is made of Ta ₂ N or the like, and extends from the front end of the transmission line L1 toward the signal propagation direction as shown in the figure, and is a coplanar type having both sides sandwiched by the ground line L21. It is formed to be formed with a track. Of course, it may be formed of a coplanar split type line in which the ground line L21 is disposed in the vicinity of the side of the extended terminal resistance element R1. The resistance value of the termination resistance element R1 is adjusted to, for example, 50Ω, like the transmission line L1, one end of the termination resistance element R1 is connected to the wire or ribbon bonding electrode pad P1, and the other end is connected to the ground line L21. Is grounded. Further, the electrode pattern of the optical element 2 and the electrode pad P1 are bonded by a wire W2. Accordingly, the resistance element R1 can be used as a termination having the other end connected to the ground line L21, and a coplanar type or coplanar split type line in which the ground line L21 is disposed on the side is provided. It is possible to obtain the characteristic impedance adjusted to, for example, 50Ω as in the case of the transmission line L1.
[0029]
In this case, the termination resistance element R1 and the electrode pad P1 have a width of the termination resistance element R1 and the electrode pad P1, the termination resistance element R1, and the grounding line L21 formed on both sides, for example. By designing the distance between the electrode pad P1 and the ground line L21, the return loss S11 can be suppressed as compared with the conventional example shown by the thick solid line as shown by the thin solid line in FIG. For example, it can be seen that the return loss S11 is improved by about 5 dB at a frequency of 10 GHz.
[0030]
Next, a second basic configuration of the optical transmission module according to the present invention will be described with reference to FIG. The second basic configuration is different from the first basic configuration in that the extended termination resistance element R2 is branched into at least one or a plurality. In the case of FIG. 1B, the shape of the terminating resistor element R2 connecting the other end of the electrode pad P1 having the ground line L22 disposed on both sides and the ground line L22 is as shown in the figure from the signal line L12 to the ground line. A coplanar type line is formed by branching to a plurality of lines substantially parallel to the electric field direction perpendicular to the signal propagation direction to L22. This is because the terminating resistor element R2 is disposed substantially in the direction of the electric field perpendicular to the signal propagation direction always occurring between the signal line L12 and the ground line L22, that is, substantially parallel to the electric field direction. By arranging, for example, a T-shaped termination resistor element R2 branched into one or a plurality of elements, the current flowing through the termination resistor element R2 is smoothly smoothed, that is, the current is reduced and less current is applied to terminate the resistor. Is. When there is one termination resistance element R2, it is connected between the other end of the electrode pad P1 and the ground line L22 on one side. Further, the terminating resistor element R2 may be disposed with an inclination (direction intersecting) including the direction perpendicular to the signal propagation direction.
[0031]
As a result, the return loss S11 can be greatly improved as shown in FIG. In the case of the shape shown in FIG. 1B, for example, the frequency is improved by about 20 dB at a frequency of 10 GHz. Also in the second basic configuration, the terminating resistor element R2 and the electrode pad P1 form a coplanar type or coplanar split type line in which the ground line L22 is disposed in the vicinity of the side, and, for example, 50Ω as in the transmission line L2. The width of the termination resistor R2 and the electrode pad P1 and the distance between the termination resistor R2 and the electrode pad P1 and the ground line L22 are designed so as to obtain the characteristic impedance adjusted to the above.
[0032]
Various modifications of the second basic configuration are shown in FIGS. 2 (a), (b), (c), and (d).
[0033]
In FIG. 2A, a termination resistor element R2 is directly connected to the end of the signal line L12 of the transmission line L2 to form a coplanar type or coplanar split type line. A wire or ribbon W1 is bonded and connected between the end of the signal line L12 and the electrode of the optical element 2. As a result, it is understood that the return loss S11 is greatly improved as shown by a long chain line in FIG.
[0034]
2 (b) is similar to the configuration of FIG. 1 (b) in the direction of the electric field at the other end of the electrode pad P1 bonded to the electrode of the optical element 2 by a wire or ribbon W2. On the other hand, the intermediate part of one termination resistance element R2 is connected substantially in parallel. As a result, it can be seen that the return loss S11 is greatly improved as shown by a two-dot chain line in FIG.
[0035]
In FIG. 2C, a T-shaped termination resistor element R2 is connected to the other end of the electrode pad P1 bonded to the electrode of the optical element 2 with a wire or ribbon W2. As a result, it can be seen that the return loss S11 is significantly improved as shown by a short chain line in FIG. In particular, at a frequency of 10 GHz, it can be seen that the return loss S11 is significantly improved from about 50 dB.
[0036]
In addition to receiving the force in the electric field direction, the current is naturally also received in the signal propagation direction. Therefore, as shown in FIG. 2D, the terminal resistor R2 is not only in the electric field direction but also in the signal propagation direction component. The return loss S11 is further arranged so as to have a certain inclination angle with respect to the signal propagation direction, as shown by a thin one-dot chain line in FIG. As can be seen from FIG. 1B and FIG. 2A, the shape is improved.
[0037]
Further, as shown in FIGS. 2B to 2D, for example, a wire having an inductance effect or a ribbon W2 is bonded and connected from the electrode of the light emitting element to the electrode pad P1 which is the end of the termination resistance element R2. By doing so, it is possible to cancel the capacitance component C generated between the electrode on the light emitting element and the back surface ground line L22, that is, the upper and lower surfaces of the light emitting element, so that it is possible to obtain a wide band characteristic with less return loss S11. It becomes.
[0038]
When a resistor is manufactured by a thin film process, adjustment of the resistance value by a technique such as laser trimming is used in order to suppress variation in resistance value. At this time, the shape of the trimming 10 is the method as shown in FIG. Next, if it is implemented as shown in FIG. 3B, the return loss S11 is good.
[0039]
1A and 1B, the signal line and the wiring of the light emitting element as the optical signal source are connected as shown in the figure by wire bonding or ribbon bonding.
[0040]
【Example】
Hereinafter, examples of the optical transmission module according to the present invention will be described.
[0041]
FIG. 5 shows an embodiment of the substrate of the optical transmission module. FIG. 6 shows a graph of return loss S11 in the present embodiment.
[0042]
In this embodiment, silicon is selected for the substrate 1, and a transmission line L3, a solder pattern 5, a thin film resistor R3, a lens mounting V-groove 6 and an optical device mounting index 7 are collectively produced on the substrate. did.
[0043]
The transmission line L3 is formed by depositing an oxide film (insulating film) such as SiO ₂ for the purpose of insulation from the substrate 1 and arranging ground lines L23 on both sides of the signal line L13 as shown in FIG. A 50Ω coplanar transmission line was used. The line metallized film configuration was TiPtAu, and the Au thickness was 2 μm or more in consideration of the skin effect. Then, the end of the signal line L13 and the electrode of the light emitting element with modulator 8 which is an optical element were connected by bonding with a wire or a ribbon W1.
[0044]
The resistive element R3 for the purpose of termination is an electrode pad P1 bonded and connected with a wire or a ribbon W2 between the electrode of the light emitting element 8 with a modulator as shown in the figure from the viewpoint of the return loss S11 and the reduction in substrate size. T-shape is selected, and the impedance matching is achieved by optimizing the width of the termination resistance element R3 and the interval between the termination resistance element R3 and the ground line L23. Also, the resistance value was adjusted by laser trimming, and the combined value of the two resistances was set to 50Ω as in the transmission line L3, and the error was set within ± 5%. Note that Ta ₂ N was used as the resistance material.
[0045]
The light-emitting element 8 with a modulator is used as the optical element, and the electrode pattern 9 and the index 7 on the surface of the light-emitting element 8 with the modulator are image-recognized. Equipped with high precision.
[0046]
The wiring to the light emitting element 8 with a modulator uses Au wire of about φ25 μm, and the wire bonding W2 is 0.7 mm in length from the reactance L that cancels the element capacity C in view of the element capacity C. .
[0047]
Thereby, the obtained return loss S11 is as shown in FIG. According to this, the return loss S11 was improved to -36 dB at 10 GHz.
[0048]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical transmission module which can reduce a return loss in the wide frequency range from a low frequency area | region to a high frequency area | region in an optical transmission module can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a top view schematically showing a basic configuration of a substrate used in an optical transmission module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a top view schematically showing various shapes of a termination resistance element formed on a substrate used in an optical transmission module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a top view schematically showing a trimming shape of a termination resistance element according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an analysis result of return loss S11 in the shape of each termination resistance element according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a top view schematically showing a substrate of an optical transmission module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an analysis result of a return loss S11 according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a top view schematically showing a substrate used in an optical transmission module according to a conventional example.
FIG. 8 is a diagram showing a return loss S11 of a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 2 ... Optical element (light emitting element or modulation element, or light emitting element with a modulator), 3 ... Solder pattern, 5 ... Solder pattern, 6 ... V groove, 7 ... Index, 8 ... Light emitting element with a modulator, 9 ... Electrode pattern (electrode), 10 ... Trimming, L1, L2, L3 ... Transmission line, L11, L12, L13 ... Signal line, L21, L22, L23 ... Ground line, R1, R2, R3 ... Termination resistor element, Rd ... Resistance element, S11: Return loss, P1: Electrode pad, W1, W2, W3: Wire or ribbon bonding.

Claims

A light emitting element that modulates an optical signal in response to an electric signal, or an optical element composed of a modulation element or a light emitting element with a modulator, and a coplanar type or coplanar split type line to transmit the electric signal to the optical element An optical transmission module having a substrate having a transmission line, and further comprising an optical system for optically coupling the optical element and the optical fiber,
A resistance element for terminating the transmission line and a coplanar type or coplanar split type line in which a ground line is disposed near the side of the resistance element are provided on the substrate .
The end of the signal line of the transmission line and the electrode of the optical element are connected by a wire or ribbon, and the wire between the electrode of the optical element and an electrode pad provided at a predetermined location of the resistance element Or connect with a ribbon,
Further, the optical transmission module is characterized in that the resistance element is formed to extend from the electrode pad in a direction intersecting a signal propagation direction in the transmission line and to be connected to the ground line .

A light-emitting element that modulates an optical signal in response to an electric signal, or an optical element composed of a modulation element or a light-emitting element with a modulator, and a coplanar type or coplanar split type line to transmit the electric signal to the optical element An optical transmission module having a substrate including a transmission line, and further including an optical system for optically coupling the optical element and the optical fiber,
A resistance element for terminating the transmission line and a coplanar type or coplanar split type line in which a ground line is disposed near the side of the resistance element are provided on the substrate.
The end of the signal line of the transmission line and the electrode of the optical element are connected by a wire or ribbon, and the wire between the electrode of the optical element and an electrode pad provided at a predetermined location of the resistance element Or connect with a ribbon,
The optical transmission module , wherein the resistive element is formed so as to be branched from the electrode pad in a direction intersecting a signal propagation direction in the transmission line and connected to the ground line .

A light emitting element that modulates an optical signal in response to an electric signal, or an optical element composed of a modulation element or a light emitting element with a modulator, and a coplanar type or coplanar split type line to transmit the electric signal to the optical element An optical transmission module having a substrate having a transmission line, and further comprising an optical system for optically coupling the optical element and the optical fiber,
A resistance element for terminating the transmission line and a coplanar type or coplanar split type line in which a ground line is disposed near the side of the resistance element are provided on the substrate.
A wire or ribbon is connected between the end of the signal line of the transmission line and the electrode of the optical element,
Further, the resistive element is formed so as to extend from the end of the signal line of the transmission line in a direction intersecting the signal propagation direction in the transmission line and to be connected to the ground line. module.

A light-emitting element that modulates an optical signal in response to an electric signal, or an optical element composed of a modulation element or a light-emitting element with a modulator, and a coplanar type or coplanar split type line to transmit the electric signal to the optical element An optical transmission module having a substrate including a transmission line, and further including an optical system for optically coupling the optical element and the optical fiber,
A resistance element for terminating the transmission line and a coplanar type or coplanar split type line in which a ground line is disposed near the side of the resistance element are provided on the substrate.
A wire or ribbon is connected between the end of the signal line of the transmission line and the electrode of the optical element,
The optical transmission of the feature that the resistive element and branching from an end of the transmission line of the signal line in a direction intersecting the direction of signal propagation in the transmission line formed to be connected to the ground line module.

5. The optical transmission module according to claim 1, wherein the characteristic impedance of the resistance element is matched with the characteristic impedance of the transmission line within a range of ± 5%. 6.

The optical transmission module according to any one of claims 1 to 4, wherein the substrate is made of ceramic or silicon.