JP5270474B2 - High-frequency connection wiring board and optical modulator module having the same - Google Patents

High-frequency connection wiring board and optical modulator module having the same Download PDF

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Description

本発明は、光通信などで数十GHzの高速で動作させる光デバイスや電子デバイスとそれらと駆動するための電気ドライバとの接続に適用する高周波接続配線基板、およびこれを備えた光変調器モジュールに関する。   The present invention relates to a high-frequency connection wiring board applied to connection between an optical device or an electronic device operated at a high speed of several tens of GHz in optical communication or the like and an electric driver for driving them, and an optical modulator module including the same About.

高速電気接続配線を適用する代表的な光デバイスとして誘電体材料を用いた光変調器がある。近年、高速、大容量の光通信システムが実用化されているが、このような高速、大容量の光通信システムに組込むための高速、小型、かつ低価格の光変調デバイスの開発が求められている。   As a typical optical device to which high-speed electrical connection wiring is applied, there is an optical modulator using a dielectric material. In recent years, high-speed and large-capacity optical communication systems have been put into practical use. However, development of high-speed, small, and low-cost optical modulation devices for incorporation into such high-speed and large-capacity optical communication systems is required. Yes.

このような要望に応える光デバイスとして、リチウムナイオベート(LiNbO)のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板(以下、LN基板と略す)に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型リチウムナイオベート光変調器(以下、LN光変調器と略す)がある。このLN光変調器は、その優れたチャーピング特性から2.5Gbit/s、10Gbit/sの大容量光通信システムに適用されている。最近はさらに40Gbit/sの超大容量光通信システムにも適用が検討されている。 As an optical device that meets such demands, an optical waveguide such as lithium niobate (LiNbO 3 ) is applied to a substrate having a so-called electro-optic effect (hereinafter referred to as an LN substrate) whose refractive index changes by applying an electric field. And a traveling wave electrode type lithium niobate light modulator (hereinafter abbreviated as an LN light modulator). This LN optical modulator is applied to a large capacity optical communication system of 2.5 Gbit / s and 10 Gbit / s because of its excellent chirping characteristics. Recently, application to a 40 Gbit / s ultra-high capacity optical communication system is also being studied.

以下、従来、LN光変調器の概略とそれを実際にモジュール化する際に必要となる高周波接続配線基板について説明する。   Hereinafter, an outline of a conventional LN optical modulator and a high-frequency connection wiring board necessary for actually modularizing the LN optical modulator will be described.

(第1の従来技術)
図8に特許文献1に開示されたz−カットLN基板を用いたLN光変調器チップ30の斜視図を示す。また、図9には図8のA−A´における断面図を示す。z−カットLN基板1上に光導波路3が形成されている。この光導波路3は、金属Tiを1050℃で約10時間熱拡散して形成した光導波路であり、後で述べるようにマッハツェンダ干渉系(あるいは、マッハツェンダ光導波路)を構成している。したがって、光導波路3の電気信号と光が相互作用する部(相互作用部と言う)には2本の相互作用光導波路3a、3b、つまりマッハツェンダ光導波路の2本のアームが形成されている。
(First prior art)
FIG. 8 shows a perspective view of an LN optical modulator chip 30 using a z-cut LN substrate disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. An optical waveguide 3 is formed on the z-cut LN substrate 1. This optical waveguide 3 is an optical waveguide formed by thermally diffusing metal Ti at 1050 ° C. for about 10 hours, and constitutes a Mach-Zehnder interference system (or Mach-Zehnder optical waveguide) as described later. Therefore, two interacting optical waveguides 3a and 3b, that is, two arms of a Mach-Zehnder optical waveguide are formed in a portion (referred to as an interacting portion) where the electrical signal and light of the optical waveguide 3 interact.

この光導波路3の上面にSiOバッファ層2とその上にz−カットLN基板1を用いて製作したLN変調器に特有の焦電効果に起因する温度ドリフトを抑圧するためのSi導電層2´を形成する。さらに、このSi導電層2´の上面に進行波電極4が形成されている。進行波電極4としては、1つの中心導体4aと2つの接地導体4b、4cを有するコプレーナウェーブガイド(CPW)を用いている。なお、通常、進行波電極4はAuにより形成されている。 A Si conductive layer 2 for suppressing temperature drift caused by a pyroelectric effect peculiar to an LN modulator manufactured using a SiO 2 buffer layer 2 on the upper surface of the optical waveguide 3 and a z-cut LN substrate 1 thereon. ′ Is formed. Further, a traveling wave electrode 4 is formed on the upper surface of the Si conductive layer 2 '. As the traveling wave electrode 4, a coplanar waveguide (CPW) having one central conductor 4a and two ground conductors 4b and 4c is used. Normally, the traveling wave electrode 4 is made of Au.

変調用の10Gbps以上の高周波電気信号をこのLN光変調器チップ30の中心導体4aと接地導体4bに供給すると、中心導体4aと接地導体4b、4cの間に電界が印加される。z−カットLN基板1は電気光学効果を有するので、この電界により屈折率変化を生じ、2本の相互作用光導波路3a、3bを伝搬する光の位相にずれが発生する。このずれがπになった場合、光導波路3のマッハツェンダ光導波路としての合波部において、高次モードを励振し、その結果光はOFF状態になる。中心導体4aと接地導体4bの間に電圧を印加すると、光信号(あるいは、光出力)はON→OFF→ONを繰り返す。   When a high-frequency electric signal of 10 Gbps or more for modulation is supplied to the center conductor 4a and the ground conductor 4b of the LN optical modulator chip 30, an electric field is applied between the center conductor 4a and the ground conductors 4b and 4c. Since the z-cut LN substrate 1 has an electro-optic effect, a refractive index change is caused by this electric field, and a shift occurs in the phase of light propagating through the two interactive optical waveguides 3a and 3b. When this deviation becomes π, the higher-order mode is excited in the multiplexing portion of the optical waveguide 3 as the Mach-Zehnder optical waveguide, and as a result, the light is turned off. When a voltage is applied between the center conductor 4a and the ground conductor 4b, the optical signal (or optical output) repeats ON → OFF → ON.

LN光変調器チップを実際に使用する際には、パッケージの中に入れた、いわゆるモジュールとして使用する。図10にその模式的な上面図を示す。ここで、5は筐体であり、筐体5の一部が突出してなる(または別部材でなる)台座6に図8と図9に示したLN光変調器チップ30が固定されている。7a、7bは各々光入射用単一モード光ファイバ、及び光出射用単一モード光ファイバ、8は高周波コネクタ、9は高周波コネクタの芯線である。また、5´は筐体5に設けた空洞であり、高周波コネクタの芯線9とのセットによりほぼ50Ωの特性インピーダンスを実現している。   When the LN optical modulator chip is actually used, it is used as a so-called module contained in a package. FIG. 10 shows a schematic top view thereof. Here, 5 is a housing, and the LN optical modulator chip 30 shown in FIGS. 8 and 9 is fixed to a pedestal 6 from which a part of the housing 5 protrudes (or a separate member). Reference numerals 7a and 7b denote single-mode optical fibers for light incidence and single-mode optical fibers for light emission, 8 is a high-frequency connector, and 9 is a core wire of the high-frequency connector. Reference numeral 5 ′ denotes a cavity provided in the housing 5, and a characteristic impedance of approximately 50Ω is realized by setting with the core wire 9 of the high frequency connector.

なお、図の説明を簡単にするために、台座6はLN光変調器チップ30と高周波接続配線基板Iの下方のみに設けられているとするが、本発明の適用範囲ははこれに限るものではないことはいうまでもない。   In order to simplify the description of the figure, the pedestal 6 is provided only below the LN optical modulator chip 30 and the high-frequency connection wiring board I, but the scope of application of the present invention is not limited to this. It goes without saying that it is not.

また、Iは高周波コネクタ(あるいは、RFコネクタ)9とLN光変調器チップ30とを電気的に接続するという極めて重要な役割をする高周波接続配線基板であり、特許文献2に開示された構成である。なお、10は高周波接続配線基板の本体である本体基板(以降、基板と呼ぶ)、11は高周波接続配線基板の中心導体、12と13は高周波接続配線基板の接地導体、14は台座6と接地導体12、13との電気的導通をとるためのビアホール、15は高周波接続配線基板と30とを電気的に接続するワイヤーである。これらの、高周波電気信号を外部からLN光変調器チップ30に入力するまでの構成は、高周波接続配線構造を構成している。   I is a high-frequency connection wiring board that plays an extremely important role of electrically connecting the high-frequency connector (or RF connector) 9 and the LN optical modulator chip 30, and has the configuration disclosed in Patent Document 2. is there. In addition, 10 is a main body substrate (hereinafter referred to as a substrate) which is a main body of the high-frequency connection wiring board, 11 is a central conductor of the high-frequency connection wiring board, 12 and 13 are ground conductors of the high-frequency connection wiring board, and 14 is grounded with the base 6. A via hole 15 for establishing electrical continuity with the conductors 12 and 13 is a wire for electrically connecting the high-frequency connection wiring board 30 with the via hole 15. These configurations up to inputting a high-frequency electrical signal from the outside to the LN optical modulator chip 30 constitute a high-frequency connection wiring structure.

図11にこの高周波接続配線基板の部分的な斜視図、図12に部分的な拡大図を示す。この図からわかるように、特許文献2に開示された高周波接続配線基板は高周波コネクタの芯線9と電気的に接続する部分を含む領域II(つまり、高周波電気信号の入力部)ではマイクロストリップ線路としての構造を、CPW型の進行波電極構造を有するLN光変調器チップ30と電気的に接続する部分(つまり、高周波電気信号の出力部)を含む領域IIIではCPW(厳密には接地導体付CPW)としての構造をとっている。そのため、この構造はマイクロストリップ−CPW変換構造と呼ばれている。また、図12のB−B´での断面図を図13に示す。後の説明のために、マイクロストリップ構造の領域IIとCPW構造の領域IIIについて各々の長さをL、Lとする。 FIG. 11 is a partial perspective view of the high-frequency connection wiring board, and FIG. 12 is a partial enlarged view. As can be seen from this figure, the high-frequency connection wiring board disclosed in Patent Document 2 is a microstrip line in the region II including the portion electrically connected to the core wire 9 of the high-frequency connector (that is, the input portion of the high-frequency electrical signal). In the region III including a portion (that is, a high-frequency electric signal output portion) that is electrically connected to the LN optical modulator chip 30 having the CPW traveling wave electrode structure, CPW (strictly speaking, a CPW with a ground conductor) is provided. ). Therefore, this structure is called a microstrip-CPW conversion structure. FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. For later explanation, the lengths of the microstrip region II and the CPW region III are L 2 and L 3 , respectively.

例えば、基板10として厚みが500μmのAlを用いた場合の高周波接続配線基板について考える。高周波接続配線基板Iの中心導体の高周波コネクタとの接続部の幅Sは500μmである。また、LN光変調器チップ30との接続部については、中心導体11の幅Sは250μm、中心導体11と接地導体12、13とのギャップWは120μmである。 For example, consider a high-frequency connection wiring substrate when Al 2 O 3 having a thickness of 500 μm is used as the substrate 10. The width S of the connection portion of the central conductor of the high frequency connection wiring board I with the high frequency connector is 500 μm. As for the connection portion with the LN optical modulator chip 30, the width S 1 of the center conductor 11 is 250 μm, and the gap W 1 between the center conductor 11 and the ground conductors 12 and 13 is 120 μm.

ここで、図12のC−C´における断面図を図14に示す。ここで、9´は高周波コネクタの芯線9と高周波接続配線基板Iの中心導体11とを電気的に接続するための半田である。なお、図を簡単にするために、図10〜図13において半田9´を省略した。また、本明細書のほとんどの図面においても半田9´の表示を省略している。   Here, FIG. 14 shows a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. Here, 9 'is solder for electrically connecting the core wire 9 of the high-frequency connector and the central conductor 11 of the high-frequency connection wiring board I. In order to simplify the drawing, the solder 9 ′ is omitted in FIGS. 10 to 13. Also, the solder 9 'is not shown in most drawings in this specification.

図14において40は電気力線である。中心導体11と高周波コネクタの芯線9との接続部はマイクロストリップ構造であるので、この図からわかるように中心導体11と高周波コネクタの芯線9から発せられた全ての電気力線20´は金属である台座6に落ちている。   In FIG. 14, 40 is a line of electric force. Since the connecting portion between the center conductor 11 and the core wire 9 of the high-frequency connector has a microstrip structure, as can be seen from this figure, all the electric lines of force 20 'emitted from the center conductor 11 and the core wire 9 of the high-frequency connector are made of metal. It falls on a pedestal 6.

第1の従来技術による高周波接続配線基板について、SパラメータのS21とS11の周波数特性を図18に点線で示す。図からわかるように、この第1の従来技術では低周波でのS21とS11の特性は比較的良いが、高周波になるとS21とS11が著しく劣化する。 With respect to the high-frequency connection wiring board according to the first prior art, frequency characteristics of S parameters S 21 and S 11 are shown by dotted lines in FIG. As can be seen from the figure, the characteristics of S 21 and S 11 at low frequencies are relatively good in this first prior art, but S 21 and S 11 deteriorate significantly at higher frequencies.

次に、この理由について考察する。マイクロストリップ領域IIでは、基板10の上側表面は当然のことながら筐体5の台座6と同電位とはなっていないが、CPW領域IIIでは基板10の上面に形成した接地導体12と13はビアホール14によりアースである筐体5の台座6と同電位である。   Next, the reason for this will be considered. In the microstrip region II, the upper surface of the substrate 10 is naturally not at the same potential as the base 6 of the housing 5, but in the CPW region III, the ground conductors 12 and 13 formed on the upper surface of the substrate 10 are via holes. 14 is at the same potential as the pedestal 6 of the housing 5 which is ground.

従って、マイクロストリップ領域IIを伝搬してきた高周波電気信号はCPW領域IIIにおいて基板10の上側表面がアースとしての電位を持たねばならない。そのために、マイクロストリップ領域IIとCPW領域IIIの境界において高周波電気信号としての位相が急激に変化する。このことは、電気信号の波長が短くなる(即ち、周波数が高くなる)に従って著しくなるため、図18に示すように第1の従来技術であるマイクロストリップ−CPW変換構造は高周波においてそのS21とS11の特性が劣化してしまう。 Therefore, the high-frequency electric signal that has propagated through the microstrip region II must have a potential as an earth on the upper surface of the substrate 10 in the CPW region III. Therefore, the phase as a high-frequency electric signal changes abruptly at the boundary between the microstrip region II and the CPW region III. This becomes significant as the wavelength of the electric signal becomes shorter (that is, the frequency becomes higher). Therefore, as shown in FIG. 18, the microstrip-CPW conversion structure of the first prior art has its S 21 at high frequency. characteristics of the S 11 is deteriorated.

図19にマイクロストリップ領域IIの長さLとCPW領域IIIの長さLの和を一定とし、かつCPW領域IIIの長さLを変えた場合の高周波におけるS21とS11の特性について示す。図から、CPW領域IIIの長さLが長いほど、マイクロストリップ領域IIとCPW領域IIIにおける高周波電気信号の位相のずれが蓄積されて大きくなり、S21とS11ともに特性が劣化することがわかる。この傾向は周波数が高くなるほど顕著となる。 Characteristics of S 21 and S 11 in a high frequency when the sum of the length L 3 of a length L 2 and the CPW area III of the microstrip region II is constant in FIG. 19, and changing the length L 3 of the CPW area III Show about. From the figure, the longer the length L 3 of the CPW area III, that the phase shift of the high frequency electric signal in the microstrip region II and CPW region III becomes large is accumulated, S 21 and S 11 are both characteristics deteriorate Recognize. This tendency becomes more prominent as the frequency increases.

(第2の従来技術)
図15には第2の従来技術として高周波コネクタ9との接続部もCPW構造、いわゆるCPW−CPW変換構造を有する高周波接続配線基板の斜視図を、図16にはその上面図を示している。この第2の従来技術は特許文献2において従来技術として示されている。図16において、LN光変調器チップ30と接続する側の領域Vにおける中心導体16の幅Sや中心導体16と接地導体17、18とのギャップWは図12に示した第1の従来技術と同じである。
(Second prior art)
FIG. 15 is a perspective view of a high-frequency connection wiring board having a CPW structure, that is, a so-called CPW-CPW conversion structure, as a second prior art, and FIG. 16 is a top view thereof. This second prior art is shown as a prior art in Patent Document 2. In FIG. 16, the width S 1 of the center conductor 16 and the gap W 1 between the center conductor 16 and the ground conductors 17 and 18 in the region V on the side connected to the LN optical modulator chip 30 are the same as those in the first conventional technique shown in FIG. Same as technology.

一方、高周波コネクタ9との接続部を含む領域IV(つまり、高周波電気信号の入力部)は図12に示した第1の従来技術のマイクロストリップ構造と異なり、通常のCPW構造となっている。ここで、中心導体16の幅Sと中心導体16と接地導体17、18とのギャップWは不図示の高周波コネクタとのインピーダンス整合を考えて各々400μm、140μmとした。なお、高周波コネクタ9と筐体5に設けた空洞5´の側壁とのギャップGは約200μmである。一般に、ギャップGとギャップWの間には、G>Wの関係が用いられて来た。また、19は接地導体17、18と筐体5の不図示の台座(図10の6を参照)と電気的な導通をとるビアホールである。 On the other hand, the region IV including the connection portion with the high frequency connector 9 (that is, the input portion of the high frequency electric signal) has a normal CPW structure unlike the microstrip structure of the first prior art shown in FIG. Here, the gap W of width S 2 and the center conductor 16 of the central conductor 16 and the ground conductor 17, 18 2 was respectively 400 [mu] m, 140 .mu.m consider the impedance matching between the high-frequency connector (not shown). The gap G between the high frequency connector 9 and the side wall of the cavity 5 ′ provided in the housing 5 is about 200 μm. In general, a relationship of G> W 2 has been used between the gap G and the gap W 2 . Reference numeral 19 denotes a via hole that is electrically connected to the ground conductors 17 and 18 and a base (not shown) of the housing 5 (see 6 in FIG. 10).

図17には図16のD−D´における断面図を示す。この図からわかるように、高周波コネクタの芯線9との接続部を含む領域IVは比較的ギャップが小さく構成された完全なCPW構造であることと、高周波コネクタの芯線9の直径は300μm程度と大きいため、電気力線41のほとんどは高周波コネクタの芯線9や中心導体16(さらには、半田9´)から接地導体17、18に飛んでおり、台座6へ落ちている量は少ない。   FIG. 17 is a cross-sectional view taken along the line DD ′ of FIG. As can be seen from this figure, the region IV including the connection portion with the core wire 9 of the high-frequency connector has a complete CPW structure with a relatively small gap, and the diameter of the core wire 9 of the high-frequency connector is as large as about 300 μm. For this reason, most of the electric force lines 41 fly from the core wire 9 and the center conductor 16 (and also the solder 9 ') of the high-frequency connector to the ground conductors 17 and 18, and the amount of the electric force lines 41 falling on the base 6 is small.

図18にはこの第2の従来技術のS21とS11の特性について一点鎖線で示している。図18からわかるように、この第2の従来技術では高周波領域におけるS21とS11の特性の劣化は第1の従来技術ほど大きくはない。しかしながら、大きな導体である高周波コネクタの芯線9と接地導体12、13との間に発生するキャパシタンスの影響が大きいため、第1の従来技術よりも低周波領域におけるS21とS11の特性の劣化が著しい。また、低周波において劣化した特性が高周波において改善されるわけではないので、結局全体的に特性が悪くなっている。 FIG. 18 shows the characteristics of S 21 and S 11 of the second prior art by a one-dot chain line. As can be seen from FIG. 18, in the second prior art, the degradation of the characteristics of S 21 and S 11 in the high frequency region is not as great as in the first prior art. However, since the influence of the capacitance generated between the core wire 9 of the high-frequency connector, which is a large conductor, and the ground conductors 12 and 13 is large, the characteristics of S 21 and S 11 are deteriorated in the lower frequency region than in the first conventional technique. Is remarkable. In addition, since the characteristics deteriorated at the low frequency are not improved at the high frequency, the characteristics are deteriorated as a whole.

特公平7−013711号公報Japanese Patent Publication No. 7-013711 特開2003−060403号公報JP 2003-060403 A

以上のように、従来技術では高周波コネクタからの高周波電気信号の変換効率、即ち伝送効率が悪かった。また、光デバイスの1つであるLN光変調器へ高周波電気信号を入力する際に用いた場合にあっては、結果的にLN光変調器としての変調効率を劣化させてしまうという問題があった。本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、小型で、高周波コネクタからの高周波電気信号の変換効率、さらにはLN光変調器への入力に用いた場合にあっては、LN光変調器の進行波電極への高周波電気信号の変換効率について大幅に改善された高周波接続配線基板を提供することを目的とする。   As described above, in the prior art, the conversion efficiency of the high-frequency electrical signal from the high-frequency connector, that is, the transmission efficiency is poor. In addition, when used when inputting a high-frequency electrical signal to an LN optical modulator, which is one of optical devices, there is a problem that the modulation efficiency of the LN optical modulator is deteriorated as a result. It was. The present invention has been made in view of such circumstances, and is small in size. When used for the conversion efficiency of a high-frequency electrical signal from a high-frequency connector, and further for input to an LN optical modulator, the LN light is used. An object of the present invention is to provide a high-frequency connection wiring board in which the conversion efficiency of a high-frequency electric signal to a traveling wave electrode of a modulator is greatly improved.

上記課題を解決するために、本発明の請求項1の高周波接続配線基板は、本体基板上に中心導体と接地導体とを有し、前記中心導体の一端側から10Gbps以上の高周波電気信号が入力され、前記中心導体の他端側から前記高周波電気信号が出力される高周波接続配線基板であって、前記高周波接続配線基板が台座を介して取り付けられる筐体には、前記高周波電気信号を外部から入力するための高周波コネクタが、その芯線が前記筐体と所定の距離Gを有した状態で前記筐体と固定され、また前記高周波コネクタの前記芯線と前記中心導体の前記一端側とが接続されており、前記中心導体の前記一端側において、前記中心導体の前記一端側における前記中心導体と前記接地導体との距離W3と前記距離Gとが 3 >Gの関係を有するとともに、当該距離W 3 が400μm〜3mmに設定され、これにより優れたS 21 とS 11 についての伝送特性を有することを特徴としている。 In order to solve the above problems, a high-frequency connection wiring board according to claim 1 of the present invention has a center conductor and a ground conductor on a main body board, and a high-frequency electric signal of 10 Gbps or more is input from one end side of the center conductor. A high-frequency connection wiring board from which the high-frequency electrical signal is output from the other end side of the central conductor, wherein the high-frequency electrical signal is externally applied to a casing to which the high-frequency connection wiring board is attached via a base. A high-frequency connector for inputting is fixed to the housing with a core wire having a predetermined distance G from the housing, and the core wire of the high-frequency connector is connected to the one end side of the central conductor. and, in the one end of the center conductor, the distance W 3 between the center conductor and the ground conductor in the one end side of the front Symbol center conductor and the distance G has a relation of W 3> G DOO To, the distance W 3 is set to 400Myuemu~3mm, it is characterized by having the transmission characteristics of the S 21 and S 11 to thereby excellent.

上記課題を解決するために、本発明の請求項の高周波接続配線基板は、請求項1の高周波接続配線基板において、前記距離W3と前記距離GとがW3>3Gの関係を有することを特徴としている。
上記課題を解決するために、本発明の請求項3の高周波接続配線基板は、請求項1または2の高周波接続配線基板において、前記高周波接続配線基板の厚みが略500μmである、もしくは500μmより薄いことを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problem, the high-frequency connection wiring board according to claim 2 of the present invention is the high-frequency connection wiring board according to claim 1, wherein the distance W 3 and the distance G have a relationship of W 3 > 3G. It is characterized by.
In order to solve the above-mentioned problems, the high-frequency connection wiring board according to claim 3 of the present invention is the high-frequency connection wiring board according to claim 1 or 2, wherein the thickness of the high-frequency connection wiring board is approximately 500 μm or thinner than 500 μm. It is characterized by that.

上記課題を解決するために、本発明の請求項4の高周波接続配線基板は、請求項1乃至3のいずれか一項の高周波接続配線基板において、前記接地導体にビアホールが形成されていることを特徴としている。   In order to solve the above-mentioned problem, a high-frequency connection wiring board according to claim 4 of the present invention is the high-frequency connection wiring board according to any one of claims 1 to 3, wherein a via hole is formed in the ground conductor. It is a feature.

上記課題を解決するために、本発明の請求項5の高周波接続配線基板は、請求項4の高周波接続配線基板において、前記ビアホールが、前記高周波コネクタの前記芯線が接続される部位の前記中心導体と相対向した部位の前記接地導体にも形成されていることを特徴としている。   In order to solve the above-mentioned problem, the high-frequency connection wiring board according to claim 5 of the present invention is the high-frequency connection wiring board according to claim 4, wherein the via hole is the central conductor at a portion to which the core wire of the high-frequency connector is connected. It is also characterized in that it is also formed on the ground conductor at a portion opposite to the ground conductor.

上記課題を解決するために、本発明の請求項6の光変調器モジュールは、前記筐体内に光変調器チップが配置され、請求項1乃至5のいずれか一項の高周波接続配線基板を介して前記高周波電気信号が前記光変調器チップに入力されることを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, an optical modulator module according to a sixth aspect of the present invention includes an optical modulator chip disposed in the housing, and the high-frequency connection wiring substrate according to any one of the first to fifth aspects. The high-frequency electrical signal is input to the optical modulator chip.

本発明では、CPW−CPW変換を使用している。従って、従来のマイクロストリップ−CPW変換構造を含む高周波接続配線基板と異なり、高周波電気信号が伝搬するに際に位相が急激に変化する不連続部がない。また、高周波コネクタの芯線と接続する箇所では、高周波コネクタの芯線や中心導体と接地導体の間に形成されるキャパシタンスが極めて小さくなるように高周波接続配線基板の中心導体と接地導体とのギャップを充分広げている。その結果、本発明の高周波接続配線基板は低周波領域から高周波領域まで優れたS21とS11について伝送特性を有するという利点がある。 In the present invention, CPW-CPW conversion is used. Therefore, unlike a high-frequency connection wiring board including a conventional microstrip-CPW conversion structure, there is no discontinuity where the phase changes rapidly when a high-frequency electrical signal propagates. In addition, at the location where the core wire of the high frequency connector is connected, the gap between the center conductor of the high frequency connection wiring board and the ground conductor is sufficiently large so that the capacitance formed between the core wire of the high frequency connector and the center conductor and the ground conductor is extremely small. It is spreading. As a result, the high-frequency connection wiring board of the present invention has an advantage of having transmission characteristics with respect to S 21 and S 11 which are excellent from the low frequency region to the high frequency region.

本発明の第1の実施形態に係わる高周波接続配線基板の斜視図The perspective view of the high frequency connection wiring board concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係わる高周波接続配線基板について部分的に拡大した上面図The top view which expanded partially about the high frequency connection wiring board concerning the 1st embodiment of the present invention. 図2のE−E´から見た簡略的な断面図Simplified sectional view seen from EE 'in FIG. 本発明の原理を説明する図The figure explaining the principle of this invention 本発明の原理を説明する図The figure explaining the principle of this invention 本発明の第2の実施形態に係わる高周波接続配線基板の斜視図The perspective view of the high frequency connection wiring board concerning a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係わる高周波接続配線基板について部分的に拡大した上面図The top view which expanded partially about the high frequency connection wiring board concerning the 2nd Embodiment of this invention. 従来のLN光変調器チップの概略構成を示す斜視図The perspective view which shows schematic structure of the conventional LN optical modulator chip | tip. 図8のA−A´から見た簡略的な断面図Simplified sectional view seen from AA 'in FIG. 従来のLN光変調器に第1の従来技術の高周波接続配線基板を適用して製作したLN光変調器モジュールの概略構成を示す上面図A top view showing a schematic configuration of an LN optical modulator module manufactured by applying the high frequency connection wiring board of the first prior art to a conventional LN optical modulator. 第1の従来技術の高周波接続配線基板について概略構成を示す斜視図The perspective view which shows schematic structure about the high frequency connection wiring board of 1st prior art. 第1の従来技術の高周波接続配線基板について概略構成を示す上面図The top view which shows schematic structure about the high frequency connection wiring board of 1st prior art 図12のB−B´から見た簡略的な断面図Simplified sectional view seen from BB 'in FIG. 図12のC−C´から見た簡略的な断面図Simplified sectional view seen from CC 'in FIG. 第2の従来技術の高周波接続配線基板について概略構成を示す斜視図The perspective view which shows schematic structure about the high frequency connection wiring board of 2nd prior art 第2の従来技術の高周波接続配線基板について概略構成を示す上面図The top view which shows schematic structure about the high frequency connection wiring board of 2nd prior art 図16のD−D´から見た簡略的な断面図Simplified sectional view seen from DD 'in FIG. 第1の従来技術と第2の従来技術の高周波接続配線基板について問題点を説明する図The figure explaining a problem about the high frequency connection wiring board of 1st prior art and 2nd prior art 第1の従来技術の高周波接続配線基板について問題点を説明する図The figure explaining a problem about the high frequency connection wiring board of 1st prior art

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、ここでも光変調器モジュールに適用した場合で説明していく。図8から図19に示した従来技術と同一の符号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一の符号を持つ機能部の説明を省略する。LN光変調器モジュールとしての態様は図10に示す従来技術の態様と同様である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. Here, the case where the present invention is applied to an optical modulator module will be described. Since the same reference numerals as those in the prior art shown in FIGS. 8 to 19 correspond to the same functional units, the description of the functional units having the same reference numerals is omitted here. The aspect of the LN optical modulator module is the same as that of the prior art shown in FIG.

(第1の実施形態)
本発明の高周波接続配線基板に関する実施形態の一つについてその斜視図を図1に、その上面図を図2に示す。また、図2のE−E´における断面図を図3に示す。ここで、20は中心導体、21、22は接地導体、23は接地導体21、22と台座6との電気的な導通をとるビアホールである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view and FIG. 2 is a top view of one embodiment of the high-frequency connection wiring board of the present invention. Moreover, FIG. 3 shows a cross-sectional view taken along line EE ′ of FIG. Here, 20 is a central conductor, 21 and 22 are ground conductors, and 23 is a via hole that establishes electrical continuity between the ground conductors 21 and 22 and the base 6.

高周波接続配線基板の中心導体20について、高周波コネクタの芯線9との接続部の幅をS、接地導体21、22とのギャップをWとする。また、図2において、LN光変調器チップ30と接続する(つまり、高周波電気信号の出力部)側における中心導体20の幅Sや中心導体20と接地導体21、22とのギャップWは図12に示した第1の従来技術と同じである。 For the central conductor 20 of the high-frequency connection wiring board, the width of the connection portion with the core wire 9 of the high-frequency connector is S 3 and the gap between the ground conductors 21 and 22 is W 3 . In FIG. 2, the width S 1 of the center conductor 20 and the gap W 1 between the center conductor 20 and the ground conductors 21 and 22 on the side connected to the LN optical modulator chip 30 (that is, the output portion of the high-frequency electrical signal) are This is the same as the first prior art shown in FIG.

次に、本発明の動作原理について説明する。本発明では高周波接続配線基板の中心導体20と高周波コネクタの芯線9との接続部(つまり、高周波電気信号の入力部)において、中心導体20と接地導体21、22とのギャップWを図16に示した第2の従来技術における中心導体16と接地導体17、18とのギャップWよりも極めて広くなるように構成している。さらに、高周波接続配線基板の中心導体20と接地導体21、22とのギャップWを筐体5に設けた空洞5´内の高周波コネクタの芯線と空洞5´の側壁とのギャップGよりも広くしている(つまり、G<W)。具体的にはギャップGが約200μmに対し、高周波接続配線基板の中心導体20と接地導体21、22とのギャップWを400μmから3mmとした。 Next, the operation principle of the present invention will be described. In the present invention, the gap W 3 between the center conductor 20 and the ground conductors 21 and 22 is shown in FIG. It is configured to be significantly wider than the gap W 2 between the center conductor 16 and the ground conductor 17, 18 in the second prior art shown in. Further, the gap W 3 between the center conductor 20 and the ground conductors 21 and 22 of the high-frequency connection wiring board is wider than the gap G between the core wire of the high-frequency connector in the cavity 5 ′ provided in the housing 5 and the side wall of the cavity 5 ′. (That is, G <W 3 ). Specifically, with respect to the gap G of about 200 μm, the gap W 3 between the center conductor 20 and the ground conductors 21 and 22 of the high-frequency connection wiring board was changed from 400 μm to 3 mm.

その結果、高周波コネクタの芯線9から筐体5に設けた空洞5´の側壁へ軸対称に分布していた電気力線が高周波接続配線基板に乗り移る際に、本実施形態は図16と同様のCPW構造を有している。そして、高周波コネクタの芯線9や中心導体20(さらには、半田9´)から接地導体21、22へ飛ぶ電気力線の量を充分少なくしている。図3によりこの様子が理解できる。つまり、電気力線42のうちごくわずかな量が接地導体21、22に飛んではいるが、電気力線42のほとんどは台座6に落ちている。このように本実施形態では、高周波コネクタの芯線9と接地導体21、22との間に形成されるキャパシタンスの影響が極めて小さくなるように構成している。   As a result, when the electric lines of force distributed symmetrically from the core wire 9 of the high frequency connector to the side wall of the cavity 5 ′ provided in the housing 5 are transferred to the high frequency connection wiring board, this embodiment is the same as FIG. It has a CPW structure. The amount of electric lines of force flying from the core wire 9 and the central conductor 20 (and also the solder 9 ') of the high-frequency connector to the ground conductors 21 and 22 is sufficiently reduced. This can be understood from FIG. That is, a very small amount of the electric force lines 42 are flying to the ground conductors 21 and 22, but most of the electric force lines 42 are falling on the base 6. As described above, in this embodiment, the influence of the capacitance formed between the core wire 9 of the high-frequency connector and the ground conductors 21 and 22 is configured to be extremely small.

また、本実施形態において重要なことは、本実施形態は図12に示した第1の従来技術とは異なり、マイクロストリップ−CPW変換の構造をとっておらず、高周波コネクタの芯線9との接続領域VI、及び不図示のLN光変調器チップ30へ伝えるために高周波電気信号が伝搬する領域VIIともにCPW構造としている。   What is important in this embodiment is that, unlike the first prior art shown in FIG. 12, this embodiment does not have a microstrip-CPW conversion structure and is connected to the core wire 9 of the high-frequency connector. Both the region VI and the region VII in which the high-frequency electrical signal propagates for transmission to the LN optical modulator chip 30 (not shown) have a CPW structure.

このように、図16に示した第2の従来技術と同じく、本実施形態もCPW−CPW変換の構造ということができる。その結果、図12の第1の従来技術において問題となったマイクロストリップ領域IIとCPW領域IIIとの接続部における位相ずれに起因する高周波電気信号のモードの乱れが生じることはない。この構造の変化に起因する位相ずれを生じさせないことが、高周波における低損失で安定な伝送を実現する上で極めて重要である。そして、本実施形態の場合には高周波コネクタの芯線9との接続領域VIにもビアホール23を設けることにより、接地導体21、22と台座6との電気的導通を図っている。   Thus, like the second prior art shown in FIG. 16, this embodiment can also be referred to as a CPW-CPW conversion structure. As a result, there is no disturbance in the mode of the high-frequency electrical signal due to the phase shift at the connection between the microstrip region II and the CPW region III, which is a problem in the first prior art of FIG. In order to realize stable transmission with low loss at high frequencies, it is extremely important not to cause a phase shift due to this structural change. In the case of this embodiment, the via conductors 23 are also provided in the connection region VI with the core wire 9 of the high-frequency connector, so that the ground conductors 21 and 22 and the base 6 are electrically connected.

なお、台座6と筐体5は電気的に導通しているので、このビアホール23の代わりに、リボンやワイヤーなどを用いて、接地導体21、22と筐体5の壁との導通をとっても良い。さらには、高周波コネクタの芯線9との接続領域VIにも接地導体21、22を設けているので、例えビアホール23、あるいはリボンやワイヤーを使用しなくても、マイクロストリップ領域とCPW領域との接続部における位相ずれがなく、第1の従来技術よりも優れた特性を実現できる。   Since the pedestal 6 and the casing 5 are electrically connected, the ground conductors 21 and 22 and the wall of the casing 5 may be connected by using ribbons or wires instead of the via holes 23. . Furthermore, since the ground conductors 21 and 22 are also provided in the connection region VI with the core wire 9 of the high frequency connector, the connection between the microstrip region and the CPW region can be achieved without using the via hole 23 or a ribbon or a wire. There is no phase shift in the portion, and characteristics superior to those of the first conventional technique can be realized.

図4に本発明の第1の実施形態による高周波接続配線基板のS21とS11の特性を実線で示す。なお、比較のために第1の従来技術と第2の従来技術による特性を各々点線と一点鎖線で示す。図4からわかるように、本実施形態は低周波から高周波にいたるまで安定して優れたS21とS11を得ることができる。 FIG. 4 shows the characteristics of S 21 and S 11 of the high-frequency connection wiring board according to the first embodiment of the present invention by solid lines. For comparison, the characteristics of the first prior art and the second prior art are indicated by a dotted line and an alternate long and short dash line, respectively. As can be seen from FIG. 4, this embodiment can stably obtain excellent S 21 and S 11 from low frequency to high frequency.

図5には中心導体20と接地導体21、22とのギャップWと高周波コネクタの芯線と空洞5´の側壁とのギャップGとの比W/Gに対するS11の特性を示す。ここで、周波数は約30GHzとした。図からわかるように、一般的に実用上最低限必要とされる−10dBより優れた反射特性を得るにはG<Wが必要であるが、さらにそれよりも良い−10dB〜−15dB程度の反射特性を得るには3G<W程度必要であり、実用上ほぼ完全といえる特性を実現できる−15dBより優れた反射特性を得るには4G<W以上、最も好ましくは5G<Wとすれば良いことがわかる。 FIG. 5 shows the characteristics of S 11 with respect to the ratio W 3 / G of the gap W 3 between the center conductor 20 and the ground conductors 21 and 22 and the gap G between the core wire of the high frequency connector and the side wall of the cavity 5 ′. Here, the frequency was about 30 GHz. As can be seen from the figure, G <W 3 is necessary to obtain a reflection characteristic superior to −10 dB which is generally required in practice, but it is even better than that of −10 dB to −15 dB. In order to obtain the reflection characteristic, about 3G <W 3 is necessary, and a characteristic that can be said to be almost perfect in practice can be realized. To obtain a reflection characteristic superior to −15 dB, 4G <W 3 or more, and most preferably 5G <W 3 You can see that

(第2の実施形態)
図6には本発明の第2の実施形態についてその斜視図を示す。また図7にはその上面図を示す。この実施形態では、不図示のLN光変調器チップ30に接続する箇所を含む領域IXにはビアホール26を設けているが、接地導体24、25について、中心導体20と高周波コネクタの芯線9とを接続する領域VIIIにはビアホール26を設けていない。
(Second Embodiment)
FIG. 6 shows a perspective view of the second embodiment of the present invention. FIG. 7 shows a top view thereof. In this embodiment, the via hole 26 is provided in the region IX including the portion connected to the LN optical modulator chip 30 (not shown). However, the center conductor 20 and the core wire 9 of the high-frequency connector are connected to the ground conductors 24 and 25. The via hole 26 is not provided in the region VIII to be connected.

これまで説明してきたように、中心導体20と高周波コネクタの芯線9との接続には一般に半田を用いるので半田溶融時における部材の熱膨張係数の差により機械的な応力が掛かる。そのため、この領域VIIIにビアホール26がないということは機械的な強度が向上し、製作時の歩留まりが高いというメリットがある。そして、ビアホール26が無くても、第1の実施形態と異なり、領域VIIIにも接地導体24、25を設けているので、領域VIIIと領域IXの境界における高周波電気信号の位相ずれはほとんど無視できる。   As described above, since solder is generally used for connection between the center conductor 20 and the core wire 9 of the high-frequency connector, mechanical stress is applied due to a difference in coefficient of thermal expansion of the member when the solder is melted. Therefore, the absence of the via hole 26 in this region VIII has the merit that the mechanical strength is improved and the yield at the time of manufacture is high. Even without the via hole 26, unlike the first embodiment, since the ground conductors 24 and 25 are provided in the region VIII, the phase shift of the high-frequency electric signal at the boundary between the region VIII and the region IX can be almost ignored. .

また、第2の従来技術と異なり、本発明では中心導体20や高周波コネクタの芯線9と接地導体24、25との間のキャパシタンスが充分小さくなるように設定されている。このように、この第2の実施形態は機械的強度が高いばかりでなく、第1の実施形態や第2の実施形態よりも特性的に大変有利であるという利点を有する。但し、中心導体20と高周波コネクタの芯線9とを接続する領域VIIIの長さが長くなると、図2に示した第1の実施形態の方が特性的に有利となる。   Unlike the second prior art, in the present invention, the capacitance between the center conductor 20 or the core wire 9 of the high-frequency connector and the ground conductors 24 and 25 is set to be sufficiently small. As described above, the second embodiment not only has high mechanical strength, but also has the advantage that it is very advantageous in terms of characteristics over the first and second embodiments. However, if the length of the region VIII connecting the center conductor 20 and the core wire 9 of the high-frequency connector is increased, the first embodiment shown in FIG. 2 is more advantageous in terms of characteristics.

(各種実施形態)
以上において、本発明の高周波接続配線基板を適用するデバイスとしてLN光変調器という光デバイスをとり上げたが、これに限るものではなく、電界吸収型や進行波電極型の半導体光デバイスでも良いし、電子デバイスでも良い。また、高周波接続配線基板を形成する基板としてAl基板、ALN、あるいは石英基板、LN基板などその他の絶縁体基板でも良いし、半導体基板でも良い。さらに、電極構成としては構造が対称なCPW電極を用いた構成について説明したが、構造が非対称なCPW電極でも良いし、さらには本発明としての効果が薄れるものの非対称コプレーナストリップ(ACPS)あるいは対称コプレーナストリップ(CPS)など、その他の構成でも良い。また、本実施形態では高周波接続配線基板に1つのCPW(つまり、1つの中心導体)がある場合について説明したが、複数のCPW(つまり、複数の中心導体)がある実施形態にも適用可能である。
(Various embodiments)
In the above, an optical device called an LN optical modulator has been taken up as a device to which the high-frequency connection wiring board of the present invention is applied, but it is not limited to this, and an electroabsorption type or traveling wave electrode type semiconductor optical device may be used. An electronic device may be used. Further, the substrate for forming the high-frequency connection wiring substrate may be an Al 2 O 3 substrate, an ALN, or another insulator substrate such as a quartz substrate or an LN substrate, or a semiconductor substrate. Further, the configuration using a CPW electrode having a symmetrical structure has been described as the electrode configuration. However, a CPW electrode having an asymmetric structure may be used. Other configurations such as a strip (CPS) may be used. In the present embodiment, the case where there is one CPW (that is, one central conductor) in the high-frequency connection wiring board has been described. However, the present embodiment is also applicable to an embodiment that includes a plurality of CPWs (that is, a plurality of central conductors). is there.

以上のように、本発明により高周波電気信号の高周波コネクタからデバイスへの伝搬特性について大幅に改善された高周波接続配線基板を提供できる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a high-frequency connection wiring board in which propagation characteristics of a high-frequency electrical signal from a high-frequency connector to a device are significantly improved.

1:z−カットLN基板(LN基板)
2:SiOバッファ層
2´:Si導電層
3:マッハツェンダ光導波路(光導波路)
3a、3b:相互作用光導波路
4:進行波電極(電極)
4a:中心導体
4b、4c:接地導体
5:筺体
5´:空洞
6:台座
7a:光入射用単一モード光ファイバ
7b:光出射用単一モード光ファイバ
8:高周波コネクタ
9:高周波コネクタの芯線
9´:半田
10:高周波接続配線基板の本体基板(基板)
11、16、20:高周波接続配線基板の基板の中心導体
12、13、17、18、21、22、24、25:高周波接続配線基板の基板の接地導体
14、19、23、26:ビアホール
15:ワイヤー
30:LN光変調器チップ
40、41、42:電気力線
I:高周波接続配線基板
1: z-cut LN substrate (LN substrate)
2: SiO 2 buffer layer 2 ′ : Si conductive layer 3: Mach-Zehnder optical waveguide (optical waveguide)
3a, 3b: Interaction optical waveguide 4: Traveling wave electrode (electrode)
4a: Center conductor 4b, 4c: Ground conductor 5: Housing 5 ': Cavity 6: Base 7a: Single mode optical fiber for light incidence 7b: Single mode optical fiber for light emission 8: High frequency connector 9: Core wire of high frequency connector 9 ': Solder 10: Main board (board) of the high-frequency connection wiring board
11, 16, 20: Center conductor of substrate of high-frequency connection wiring board 12, 13, 17, 18, 21, 22, 24, 25: Ground conductor of substrate of high-frequency connection wiring board 14, 19, 23, 26: Via hole 15 : Wire 30: LN optical modulator chip 40, 41, 42: Electric lines of force I: High frequency connection wiring board

Claims (6)

本体基板上に中心導体と接地導体とを有し、前記中心導体の一端側から10Gbps以上の高周波電気信号が入力され、前記中心導体の他端側から前記高周波電気信号が出力される高周波接続配線基板であって、
前記高周波接続配線基板が台座を介して取り付けられる筐体には、前記高周波電気信号を外部から入力するための高周波コネクタが、その芯線が前記筐体と所定の距離Gを有した状態で前記筐体と固定され、また前記高周波コネクタの前記芯線と前記中心導体の前記一端側とが接続されており、
前記中心導体の前記一端側において、前記中心導体の前記一端側における前記中心導体と前記接地導体との距離W3と前記距離Gとが 3 >Gの関係を有するとともに、当該距離W 3 が400μm〜3mmに設定され、これにより優れたS 21 とS 11 についての伝送特性を有することを特徴とする高周波接続配線基板。
A high-frequency connection wiring having a center conductor and a ground conductor on a main body substrate, wherein a high-frequency electrical signal of 10 Gbps or more is input from one end side of the center conductor, and the high-frequency electrical signal is output from the other end side of the center conductor A substrate,
A high-frequency connector for inputting the high-frequency electrical signal from the outside is provided in a housing to which the high-frequency connection wiring board is attached via a pedestal, with the core wire having a predetermined distance G from the housing. The core wire of the high-frequency connector and the one end side of the center conductor are connected,
In the one end of the center conductor, together with the distance W 3 between the center conductor and the ground conductor in the one end side of the front Symbol center conductor and the distance G has a relation of W 3> G, the distance W 3 Is set to 400 μm to 3 mm , and thereby has excellent transmission characteristics for S 21 and S 11 .
前記距離W3と前記距離GとがW3Gの関係を有することを特徴とする請求項1に記載の高周波接続配線基板。 RF connection wiring board according to claim 1, wherein the distance W3 and the distance G is characterized by having a W 3> 3 G relationship. 前記高周波接続配線基板の厚みが略500μmである、もしくは500μmより薄いことを特徴とする請求項1または2に記載の高周波接続配線基板。 The high-frequency connection wiring board according to claim 1 or 2 , wherein the high-frequency connection wiring board has a thickness of about 500 µm or less than 500 µm . 前記接地導体にビアホールが形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の高周波接続配線基板。   The high-frequency connection wiring board according to claim 1, wherein a via hole is formed in the ground conductor. 前記ビアホールが、前記高周波コネクタの前記芯線が接続される部位の前記中心導体と相対向した部位の前記接地導体にも形成されていることを特徴とする請求項4に記載の高周波接続配線基板。   The high-frequency connection wiring board according to claim 4, wherein the via hole is also formed in the ground conductor in a portion opposite to the central conductor in a portion to which the core wire of the high-frequency connector is connected. 前記筐体内に光変調器チップが配置され、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の高周波接続配線基板を介して前記高周波電気信号が前記光変調器チップに入力されることを特徴とする光変調器モジュール。   An optical modulator chip is disposed in the housing, and the high-frequency electrical signal is input to the optical modulator chip via the high-frequency connection wiring board according to claim 1. Optical modulator module.
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